![(123doc - VN) Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio Oil Dengan Proses Pyrolysis Dari Batang Jagung Dengan Kapasitas 2 250 Ton Tahun [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/123doc-vn-pra-rancangan-pabrik-pembuatan-bio-oil-dengan-proses-pyrolysis-dari-batang-jagung-dengan-kapasitas-2-250-ton-tahun.jpg)
4 0 3 MB
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIO OIL DARI BATANG JAGUNG DENGAN FAST PYROLISIS (PIROLISIS CEPAT) DENGAN KAPASITAS PRODUKSI 2250 TON/ TAHUN
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia
Oleh :
ELNA ELIANA SINAGA 080405104
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. Para-Rancangan Pabrik Pembuatan Bio-oil Dengan Proses Pyrolysis Dari Batang jagung Dengan Kapasitas 2.250 Ton/Tahun. Tugas Akhir ini dikerjakan sebagai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana. Selama mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc sebagai Dosen Pembimbing I yang telah membimbing dan memberikan masukan selama menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Ibu Ir. Netty Herlina, MT sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan membimbing dan memberikan masukan selama menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Ir. Irvan, M.Si Ketua Departemen Teknik Kimia FT USU. 4. Bapak Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia FT USU. 5. Dan yang paling istimewa Orang tua saya yaitu Ayahanda S. Sinaga dan Ibunda S. Sitorus yang tidak pernah lupa memberikan motivasi dan semangat kepada penulis. 6. Kakak dan adik-adik tercinta yang selalu mendoakan dan memberikan semangat :K’Erni, Dapot dan Paulus. 7. Teman-teman stambuk ‘06 tanpa terkecuali. Trimakasih buat kebersamaan dan semangatnya. 8. Trimakasih juga buat adik-adik 2009,2010,2008,2007 dan semua kakak dan abang senior yang banyak mengajari saya
Universitas Sumatera Utara
9. Teman seperjuangan Rico Chandra sebagai partner penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Semangat kawan. 10. Spesial buat Domo. Trimakasih buat semangatnya. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pada penulisan berikutnya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan,
2012 Penulis
Elna Eliana S 080405104
Universitas Sumatera Utara
INTI SARI
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio-oil melalui Proses Pyrolysis dari batang jagung ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 2.250 ton/tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Proses yang digunakan adalah pirolisis tipe Fluidizing Fuid Bed dengan kondisi operasi pada tekanan 4 atm dan temperatur 480
o
C. Konversi reaksi yang terjadi dalam reaktor sebesar 100% dengan
menggunakan Fluidizing Gas. Lokasi pabrik yang direncanakan di desa Sei Mangkei, Kecamatan Bosar Maligas, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara dengan luas tanah yang dibutuhkan sebesar 14.900 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik sebanyak 121 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis yang dipimpin oleh direktur utama. Hasil analisa terhadap aspek ekonomi diperoleh data sebagai berikut: Total Modal Investasi
: Rp 43.714.723.048,-
Biaya Produksi
: Rp 14.648.143.330,-
Hasil Penjualan per tahun
: Rp 27.433.875.427,-
Laba Bersih
: Rp 8.922.762.406,-
Profit Margin (PM)
: 46,37%
Break Even Point (BEP)
: 50,55%
Return on Investment (ROI)
: 20,4141%
Pay Out Time (POT)
: 5 tahun
Return on Network (RON)
: 34,0191
Internal Rate on Return (IRR)
: 32,9402 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi maka dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Bio-oil melalui Proses Pyrolysis dari batang jagung layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .................................................................................
i
INTISARI ....................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ...............................................................................................
iv
DAFTAR TABEL .......................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
xi
BAB I
I-1
BAB
PENDAHULUAN..................................................................... 1.1 Latar Belakang ............................................................................
I-1
1.2 Perumusan Masalah .....................................................................
I-3
1.3 Tujuan Pra-Rancangan .................................................................
I-4
1.4 Manfaat Pra-Rancangan ...............................................................
I-4
II
TINJAUAN PUSTAKA………………………………………
II-1
2.1 Bio-oil .........................................................................................
II-1
2.2 Spesifikasi Bio-oil untuk Bahan Bakar.........................................
II-1
2.3 Perbandingan Karakteristik Bio-oil & Bio-diesel .........................
II-2
2.4
Keunggulan dan kelemahan Antara Bio – Oil & Bio-diesel……
II-3
2.5
Potensi Batang Jagung Menjadi Bio – Oil ................................
II-4
2.6
Sifat – sifat bahan baku dan Produk……………………………
II-5
2.5.1 Bahan Baku yang digunakan…………………………………II-5 2.5.2
Produk Utama……………………………………………….. II-5
2.5.3
Produk Samping…………………………………………….. II-6
2.7
Proses Pembuatan Bio – Oil ..................................................... ... II-8
2.7.1
Tipe Circulating Fluid Bed…………………………………
II-8
2.7.2
Tipe Fluidized Bed (Unggun Terfluidisasi)………………… II-9
2.7.3
Tipe Vacuum Pyrolizer…………………………………….
II-10
2.8
Pemilihan Tipe Proses .............................................................
II-11
2.9
Deskripsi Proses…………………………………………………
II-12
Universitas Sumatera Utara
BAB
BAB
BAB
III
NERACA MASSA
3.1 Neraca Massa Knife cutter (KC-103) ...........................................
III-1
3.2 Neraca Massa Vibrating Screen (VS-104)....................................
III-1
3.3 Neraca Massa Reaktor (R-201)...................................................
III-1
3.4 Neraca Massa Cyclone (CY-205)………………………………
III-2
3.5 Neraca Massa Knock Out Drum (KO-208)................................
III-2
IV
NERACA ENERGI
4.1
NERACA ENERGI PADA REAKTOR PYROLISIS (R-201) ..
IV-1
4.2
NERACA ENERGI PADA COOLER (E-204)).........................
IV-1
4.3
NERACA ENERGI PADA CONDENSER (E-207)..................
IV-2
V SPESIFIKASI PERALATAN…………………………………
BAB VI
V-1
INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
6.1
Instrumentasi ............................................................................ VI-1
6.2
Keselamatan Kerja Pabrik......................................................... VI-8 6.2.1 Keselamatan Kerja Pada Pabrik Pembuatan Bio Oil........... VI-9
BAB VII
UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH…………….
VII-1
7.1
Kebutuhan Air Pendingin ......................................................... VII-1
7.2
Pengolahan Air ......................................................................... VII-3
7.3
Kebutuhan Bahan Kimia ........................................................... VII-6
7.4
Kebutuhan Listrik ..................................................................... VII-6
7.5
Kebutuhan Bahan Bakar ........................................................... VII-6
7.6
Pengolahan Limbah…………………………………………….
7.7
Spesifikasi Peralatan Utilitas…………………………………… VII-7
BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK............................
VII-7
VIII-1
8.1
Lokasi Pabrik............................................................................
VIII-5
8.2
Tata letak Pabrik .......................................................................
VIII-8
8.3
Tata letak Peralatan ..................................................................
VIII-9
8.4
Perincian Luas Area Pabrik ....................................................... VIII-12
Universitas Sumatera Utara
BAB
IX
ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN…. 9.1 Organisasi Perusahan…………………………………………… IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis…………………………………….. . IX-1 9.1.3 Bentuk Organisasi Fungsional……………………………...... IX-2 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsional dan Staf…………………… ... IX-3 9.2 Menajemen Perusahan…………………………………………… IX-4 9.3 Bentuk Hukum Badan Usaha…………………………………… IX-5
9.4 Uraian Tugas, Wewenang, dan Tanggung Jawab…………………IX-11 9.5 Sistem Kerja ................................................................................ IX-18 9.6 Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .................................. IX-19 9.7 Analisa Jabatan ........................................................................... IX-21 9.8 Kesejahteraan, Pengaturan Gaji Staf dan Karyawan..................... IX-21 BAB X
ANALISA EKONOMI………………………………………
X-1
.......................................................................................... Modal Investasi/ Capital Investment (CI) ............................................. X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap / Fixed Capital Investment (FCI)… X-1 10.1.2 Modal Kerja / Working Capital (WC)…………………… X-3 10.1.3 Biaya Tetap (BT) / Fixed Cost (FC)……………………… X-4 10.1.4 Biaya Variabel (BV) / Variable Cost (VC)………………. X-4 .......................................................................................... Total Penjualan (Total Sales).............................................................. X-5 Perkiraan Rugi/Laba Usaha……………………………………. X-5 .......................................................................................... Analisa Aspek Ekonomi......................................................................... X-5 10.4.1 Profit Margin (PM)………………………………………. X-5 10.4.2 Break Even Point (BEP)………………………………… X-6 10.4.3 Return on Investment (ROI)……………………………. X-6 10.4.4 Pay Out Time (POT)…………………………………….. X-7 10.4.5 Return on Network (RON)………………………………. X-7 10.4.6 Internal Rate of Return (IRR)…………………………… X-7 BAB XI KESIMPULAN........................................................................
X-1
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................
xiii
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ..............................
LA-1
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS……………………..LB-1 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ............. LC-1 LAMPIRAN D PERHITUNGAN UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH ........................................................................... LD-1 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ............................ LE-1
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Kimia Bio-oil ...............................................................
II-1
Gambar 2.2 Tipe Reaktor Circulating Fluid Bed ...........................................
II-9
Gambar 2.3 Reaktor Pyrolisis Unggun Fluidisasi (Fluidized Bed) .................
II-10
Gambar 2.4 Vacuum Pyrolizer ......................................................................
II-10
Gambar 6.1 Instrumentasi Pada Reaktor........................................................
VI-6
Gambar 6.2 Instrumentasi Pada Combuster ...................................................
VI-6
Gambar 6.3 Instrumentasi Pada Cooler dan Condensor .................................
VI-6
Gambar 6.4 Instrumentasi Pada Storage Tank ...............................................
VI-7
Gambar 6.5 Instrumentasi Pada Kompresor, Blower, dan Pompa ..................
VI-7
Gambar 6.6 Instrumentasi Pada Stripper .......................................................
VI-8
Gambar 6.7 Instrumentasi Pada Knock Out Drum .........................................
VI-8
Gambar 8.1 Peta Lokasi Pabrik .....................................................................
VIII-6
Gambar 8.2 Tata Letak Pabrik Pembuatan Bio-Oil ........................................ VIII-11 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Pabrik Pembuatan Bio-Oil ..........................
IX-16
Gambar LA.1 Diagram Alur Knife cutter (KC-103) ......................................
LA-2
Gambar LA.2 Diagram Alur Vibrating Screen (VS-104) ...............................
LA-3
Gambar LA.3 Diagram Alur Reaktor Pyrolisis (R-201) .................................
LA-4
Gambar LA.4 Diagram Alur Cyclone (CY-205) ............................................
LA-6
Gambar LA.5 Diagram alur Knock Out Drum (KO-208) ...............................
LA-8
Gambar LA.6 Diagram Alur Stripper (ST-304) .............................................
LA-9
Gambar LB.1 Reaktor Pyrolisis (R-201) .......................................................
LB-2
Gambar LB.2 Cooler (E-204) ........................................................................
LB-17
Gambar LB.3 Condensor (E-207)..................................................................
LB-22
Gambar LC.1 Spesifikasi Combuster (C - 202) .............................................
LC-2
Gambar LD.1 Bak Sedimentas………….………………………………………..LD-1 Gambar LD.2 Tangki Air Domestik (TAD)………………………………….
LD-56
Gambar LE.1 Grafik Break Event Point ........................................................
LE-27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Impor Minyak Solar di Sumatera Utara .........................................
I-1
Tabel 1.2 Luasan Panen dan Produksi Tanaman Jagung di Sumatera Utara ...
I-2
Tabel 1.3 Luasan Panen dan Produksi Tanaman Jagung di Indonesia ............
I-2
Tabel 2.1 Spesifikasi Bio-Oil Untuk Bahan Bakar .........................................
II-2
Tabel 2.2 Perbandingan Karakteristik Bio-Oil dengan Bio-Diesel .................
II-3
Tabel 2.3 Keunggulan dan Kelemahan Bio-Oil dengan Bio-Diesel................
II-3
Tabel 2.4 Komposisi Organik Batang Jagung ................................................
II-4
Tabel 2.5 Rendemen Bio-Oil dari beberapa jenis bahan baku ........................
II-4
Tabel 2.6 Komposisi Batang Jagung .............................................................
II-5
Tabel 2.7 Keunggulan dan Kelemahan Proses Pembuatan Bio-Oil ................
II-11
Tabel 3.1 Neraca Massa Pada Knife cutter (KC-103) ....................................
III-1
Tabel 3.2 Neraca Massa Pada Vibrating Screen (VS-104) .............................
III-1
Tabel 3.3 Neraca Massa Pada Reaktor (R-201) .............................................
III-1
Tabel 3.4 Neraca Massa Pada Cyclone (CY-205) ..........................................
III-2
Tabel 3.5 Neraca Massa Pada Knock Out Drum (KO-208) ............................
III-2
Tabel 3.6 Neraca Massa Pada Stripper (ST-304) ...........................................
III-3
Tabel 4.1 Neraca Energi Pada Reaktor (R-201) .............................................
IV-1
Tabel 4.2 Neraca Energi Pada Cooler (E-204)...............................................
IV-1
Tabel 4.3 Neraca Energi Pada Condensor (E-207) ........................................
IV-2
Tabel 6.1 Daftar Instrumentasi Pada Pra Rancangan Pabrik Bio-Oil ..............
VI-5
Tabel 7.1 Kebutuhan Air Pendingin Pada Alat ..............................................
VII-1
Tabel 7.2 Kandungan Bahan Kimia Air Sungai Babolon ...............................
VII-4
Tabel 8.1 Perincian Luas Area Pabrik ...........................................................
VIII-10
Tabel 9.1 Jumlah Tenaga Kerja dan Latar Belakang Pendidikan....................
IX-19
Tabel 9.2 Perincian Gaji Karyawan ...............................................................
IX-22
Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Knife cutter (KC-103) ................................
LA-3
Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Vibrating Screen (VS-104) .........................
LA-4
Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Reaktor (R-201) ..........................................
LA-6
Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Cyclone (CY-205) .......................................
LA-8
Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Knock Out Drum (KO-208) .........................
LA-9
Tabel LA.6 Neraca Massa Pada Stripper (ST-304) ........................................
LA-10
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas ...................................................................
LB-1
Tabel LB.2 Panas Pembentukan ....................................................................
LB-2
Tabel LB.3 Kapasitas Panas Estimasi ............................................................
LB-2
Tabel LB.4 Neraca Panas Pada Reaktor Pyrolisis ..........................................
LB-16
Tabel LB.5 Panas Pada Cooler ......................................................................
LB-22
Tabel LB.6 Panas Pada Condensor................................................................
LB-26
Tabel LC.1 Tempertur Fluida Panas dan Dingin Cooler ................................
LC-23
Tabel LC.2 Selisih Fluida Panas dan Fluida Dingin Pada Condensor ...........
LC-38
Tabel LC.3 Blower ........................................................................................
LC-49
Tabel LC.4 Komposisi Gas Pada Knock Out Drum .......................................
LC-53
Tabel LC.5 Komposisi Cairan Pada Knock Out Drum ...................................
LC-53
Tabel LD.1 Sistem Perpipaan Pompa Air Sungai .........................................
LD-4
Tabel LD.2 Sistem Perpipaan Pompa Bak Sedimentasi .................................
LD-13
Tabel LD.3 Sistem Perpipaan Pompa Al2(SO4)3 ............................................
LD-20
Tabel LD.4 Sistem Perpipaan Pompa Na2CO3 ...............................................
LD-28
Tabel LD.5 Sistem Perpipaan Pompa Clarifier..............................................
LD-34
Tabel LD.6 Sistem Perpipaan Pompa Sand Filter ..........................................
LD-39
Tabel LD.7 Sistem Perpipaan Pompa Air Pendingin Buangan .......................
LD-43
Tabel LD.8 Sistem Perpipaan Pompa Water Cooling Tower ........................
LD-46
Tabel LD.9 Sistem Perpipaan Pompa Ca(ClO)2 .............................................
LD-54
Tabel LD.10 Sistem Perpipaan Pompa Air Domestik ....................................
LD-59
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya ..........................
LE-2
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ................................................
LE-3
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses .................................................
LE-5
Tabel LE.4 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas ..............................................
LE-6
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi ..........................................................
LE-9
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ...............................................................
LE-12
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas Per 3 Bulan ................................................
LE-15
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja ................................................................
LE-16
Tabel LE.9 Biaya Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia ........................
LE-17
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU R I ...........................
LE-18
Tabel LE.11 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR)........................
LE-26
Universitas Sumatera Utara
INTI SARI
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio-oil melalui Proses Pyrolysis dari batang jagung ini direncanakan berproduksi dengan kapasitas 2.250 ton/tahun dan beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Proses yang digunakan adalah pirolisis tipe Fluidizing Fuid Bed dengan kondisi operasi pada tekanan 4 atm dan temperatur 480
o
C. Konversi reaksi yang terjadi dalam reaktor sebesar 100% dengan
menggunakan Fluidizing Gas. Lokasi pabrik yang direncanakan di desa Sei Mangkei, Kecamatan Bosar Maligas, Kabupaten Simalungun, Provinsi Sumatera Utara dengan luas tanah yang dibutuhkan sebesar 14.900 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik sebanyak 121 orang. Bentuk badan usaha yang direncanakan adalah Perseroan Terbatas (PT) dan bentuk organisasinya adalah organisasi garis yang dipimpin oleh direktur utama. Hasil analisa terhadap aspek ekonomi diperoleh data sebagai berikut: Total Modal Investasi
: Rp 43.714.723.048,-
Biaya Produksi
: Rp 14.648.143.330,-
Hasil Penjualan per tahun
: Rp 27.433.875.427,-
Laba Bersih
: Rp 8.922.762.406,-
Profit Margin (PM)
: 46,37%
Break Even Point (BEP)
: 50,55%
Return on Investment (ROI)
: 20,4141%
Pay Out Time (POT)
: 5 tahun
Return on Network (RON)
: 34,0191
Internal Rate on Return (IRR)
: 32,9402 %
Dari hasil analisa aspek ekonomi maka dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan Bio-oil melalui Proses Pyrolysis dari batang jagung layak untuk didirikan.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Pengembangan bioenergi sebagai sumber energi alternatif terbaru sangatlah
prospektif mengingat melimpahnya sumber daya alam di Indonesia. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, bioenergi bertansformasi menjadi bentuk yang lebih modern. Bioenergi yang kita kenal sekarang mempunyai dua bentuk, yaitu bioenergi tradisional dan bioenergi modern. Bioenergi tradisional yang sering kita temui adalah kayu bakar. Sedangkan yang lebih modern diantaranya bioetanol, biodiesel, ataupun biogas. Pembuatan bioenergi modern sangatlah mudah, yakni dengan mengubah biomassa menjadi bahan bakar dengan proses tertentu. Ada dua jenis proses pembuatan bioenergi, yaitu proses biokimia dan proses thermokimia.
Proses
biokimia
adalah
proses
yang melibatkan
enzymatic
fermentation, sedangkan proses thermokimia terdapat dua langkah proses yaitu pertama sintetis gas (syngas) yang juga menghasilkan CO (karbon monoksida) dan hidrogen pada proses pirolisis dan gasifikasi biomassa. Langkah kedua yaitu syngas dikonversikan melalui reaksi katalitik atau oleh bakteri ke dalam bentuk lain seperti etanol atau butanol ( Anonim, 2012). Pakar perminyakan Indonesia, Kurtubi (2004), menyatakan bahwa mulai tahun 2004, produksi perminyakan Indonesia berada pada level terendah dibandingkan tahun-tahun sebelumnya. Produksi minyak mentah pada triwulan I/2004 hanya sekitar 0,98 juta barrel per hari atau sekitar 360 juta barrel dalam satu tahun, sedangkan pada tahun 1999, produksi minyak masih sekitar 1,4 juta barrel per hari. Diketahui pula bahwa harga bahan bakar minyak dunia pun meningkat pesat. Permasalahan inilah yang membawa dampak pada meningkatnya harga jual bahan bakar minyak termasuk minyak tanah Indonesia. Di sisi lain, permintaan bahan bakar minyak dalam negeri jumlahnya terus meningkat. Diketahui pula bahwa harga bahan bakar minyak dunia pun meningkat pesat. Permasalahan inilah yang membawa dampak pada meningkatnya harga jual bahan bakar minyak Indonesia
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 memperlihatkan perkembangan jumlah impor dan kebutuhan minyak solar pada wilayah Sumatera Utara dan Indonesia mulai dari tahun 2004 sampai dengan 2010. Tahun
Import minyak solar
Kebutuhan Minyak
Sumatera Utara
Solar di Indonesia
( ribu ton/tahun )
( ribu ton / tahun )
2006
1.362
81.179
2007
1.955
85.845
2008
1.984
105.311
2009
2.091
118.270
2010
2.127
131.230
Sumber : Badan Pusat Statistik, 2010
mengatasi krisis bahan bakar minyak (BBM) dan ketergantungan terhadap minyak bumi serta memenuhi persyaratan lingkungan global, satu-satunya cara adalah dengan pengembangan bahan bakar alternatif ramah lingkungan. Bahan yang mengandung selulosa berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku bio-oil. Bahan-bahan tersebut diantaranya kayu, kulit kayu, bagas, batang jagung, dan biomassa lainnya. Bahan yang memiliki kandungan lignin yang tinggi menghasilkan rendemen bio-oil yang rendah, sedangkan bahan baku dengan kandungan selulosa yang tinggi cenderung menghasilkan bio-oil dengan rendemen lebih tinggi (Hambali, 2007). Batang jagung sebagai bahan baku bio-oil lebih kompetitif dan efisien dibandingkan dengan bahan baku lainnya diatas. Sebagai perbandingannya, batang jagung mengandung 53% selulosa dan 16% lignin. Pada serbuk kayu gergaji mengandung 45% selulosa dan 33% lignin. Sedangkan pada tandan kosong kelapa sawit mengandung 54% selulosa dan 22% lignin. Bahan yang memiliki kandungan lignin yang tinggi, akan menghasilkan rendemen bio-oil yang rendah, dan bahan yang memiliki kandungan selulosa yang tinggi, maka akan menghasilkan bio-oil dengan rendemen yang tinggi (Hambali, 2007).
Universitas Sumatera Utara
Selain itu, luasan area pertanian jagung dan produksi batang jagung di Sumatera Utara dan Indonesia setiap tahun terus meningkat seperti yang tertera pada tabel 1.2 dan 1.3 dibawah ini. Tabel 1.2 Luasan Panen dan Produksi Tanaman Jagung Di Sumatera Utara Tahun
Luas Panen ( Ha )
Produksi ( Ton )
2006
200.146
741.354
2007
229.882
767.236
2008
221.891
785.357
2009
224.237
804.212
2010
226.583
823.066
Sumber : Badan Pusat Statistik Sumatera Utara, 2010
Tabel 1.3 Luasan Panen dan Produksi Tanaman Jagung Di Indonesia Tahun
Luas Panen ( Ha )
Produksi ( Ton )
2006
3.625.987
12.523.894
2007
3.791.220
13.380.277
2008
3.925.756
14.029.602
2009
4.060.293
14.678.928
2010
4.194.829
15.328.253
Sumber : Berita Resmi Statistik, BPS dalam Booklet BPS edisi Juli 2010 Dari data produksi tanaman jagung di Sumatera Utara (table 1.2) di asumsikan 50% menghasilkan batang jagung. Maka ketersediaan batang jagung di Sumatera Utara sebanyak 411.533 ton/tahun. Dari hasil perhitungan, kebutuhan batang jagung proses pembuatan bio-oil sebanyak 50.477 ton /tahun. Oleh karena itu, pembangunan bio-oil berbahan baku batang jagung sangat cocok dan ideal bila didirikan di Indonesia dalam memenuhi permintaan dalam negeri dan permintaan dunia akan bio-oil.
1.2
Perumusan Masalah Industri bio-oil dari dalam negeri diperkirakan tidak bisa berkembang karena
harga bahan baku Crude Palm Oil (CPO) dipasar internasional meningkat drastis sehingga produksi bio-oil berbahan baku CPO tidak ekonomis. Akibatnya Indonesia
Universitas Sumatera Utara
tidak mampu memenuhi permintaan bio-oil dalam negeri dan permintaan dunia yang terus meningkat. Akibatnya, bio-oil yang merupakan bahan baku alternatif yang ramah lingkungan tidak berkembang sehingga Indonesia dan dunia masih harus bergantung pada bahan bakar bumi sebagai penghasil energi. Maka salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan mendirikan pabrik bio-oil di Indonesia dengan bahan baku yang sangat murah dan ramah lingkungan yaitu batang jagung.
1.3
Tujuan Pra Rancangan Pabrik Tujuan dari Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio-Oil dari batang jagung
adalah untuk menerapkan disiplin ilmu teknik kimia khususnya di bidang perancangan, proses dan operasi teknik kimia sehingga dapat memberikan gambaran kelayakan pra rancangan pabrik pembuatan bio–oil dari batang jagung.
1.4
Manfaat Pra Rancangan Pabrik Adapun beberapa manfaat pembuatan pra rancangan pabrik pembuatan bio-oil
dari batang jagung, yaitu: 1. Untuk memberikan informasi awal tentang kelayakan pendirian pabrik pembuatan bio-oil dari batang jagung. 2. Untuk memberikan informasi tentang perkiraan tata rancangan pembuatan bio-oil dari batang jagung
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Bio-oil Salah satu hasil pengolahan minyak nabati yang merupakan bahan bakar
alternatif adalah Bio-oil. Bio-oil adalah bahan bakar cair berwarna gelap, beraroma seperti asap, dan diproduksi dari biomassa seperti kayu, kulit kayu, kertas atau biomassa lainnya melalui teknologi pirolisis ( pyrolysis ) atau pirolisis cepat (fast pyrolysis ). Fast Pyrolysis (pirolisis cepat) adalah dekomposisi thermal dari komponen organik tanpa kehadiran oksigen dengan cara mengalirkan N2 dalam prosesnya untuk menghasilkan cairan, gas dan arang. Cairan yang dihasilkan ini lebih lanjut kita kenal sebagai Bio-oil. Produk yang dihasilkan dalam proses pirolisis cepat tergantung dari komposisi biomassa yang digunakan sebagai bahan baku, kecepatan serta lama pemanasan. Rendemen cairan tertinggi yang dapat dihasilkan dari proses pirolisis cepat berkisar 78 % dengan lama pemanasan 0,5 – 2 detik, pada o
suhu 400-600 C dan proses pendinginan yang cepat pada akhir proses. Pendinginan yang cepat sangat penting untuk memperoleh produk dengan berat molekul tinggi sebelum akhirnya terkonversi menjadi senyawa gas yang memiliki berat molekul rendah. Produksi bio oil sangat menguntungkan karena dengan pengorvensian bio oil maka akan didapatkan produk berupa bahan bakar minyak bio, misalnya: biokerosene, biodiesel dan lain-lain (Hambali, 2007). Produk yang dihasilkan dalam proses fast pyrolisis tergantung dari komposisi biomassa yang digunakan sebagai bahan baku, kecepatan, serta lama pemanasan. Gambar 2.1 dibawah ini merupakan struktur kimia Bio – oil.
Gambar 2.1 Struktur Kimia Bio – Oil
( Hambali, 2007)
Universitas Sumatera Utara
2.2
Spesifikasi Bio – Oil Untuk Bahan Bakar Bio – oil terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen dengan sedikit kandungan
nitrogen dan sulfur. Hanya saja kandungan sulfur dan nitrogen dalam Bio – oil dapat ditiadakan ( tidak begitu berarti ). Komponen organik terbesar dalam Bio oil adalah lignin, alkohol, asam organik, dan karbonil. Karakteristik Bio – oil tersebut menjadikan bio – oil sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Selain itu, Bio–oil memiliki nilai bakar yang lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar oksigen lainnya ( seperti metanol ) dan nilainya hanya lebih rendah sedikit dibandingkan dengan diesel dan light fuel oil lainnya ( Hambali dkk, 2007). Tabel 2.1 dibawah ini merupakan spesifikasi bio-oil untuk bahan bakar. Tabel 2.1 Spesifikasi bio – oil untuk bahan bakar Properties
Spesifikasi
HHV
> 70.000 BTU / gal
Kandungan Air
< 25 %
Keterangan Metode DINS 51900
Titrasi
Karl
Fisher
berdasarkan
ASTM D 1744 Kandungan padatan
< 1%
Dihitung etanol
berdasarkan yang
kandungan
insoluble
dengan
Metode Filtrasi Viskositas
10-150 Cst pada 50 ASTM D445 0
C
1,2 ( pada 15 0C )
ASTM D405
Karbon
51,5 % - 58,3 %
54,5 %
Hidrogen
0,1 % - 0,4 %
0,4 %
Nitrogen
0,07 % - 0,40 %
0,2 %
Sulfur
0,00 % - 0,07 %
0,0005 %
Debu
0,13 % - 0,21 %
0,16 %
Spesifik Grafity(densitas)
Universitas Sumatera Utara
2.3
Perbandingan karakteristik Bio – oil dengan Diesel-oil Pengembangan Bio – oil dapat menggantikan posisi bahan bakar hidrokarbon
dalam industri, seperti untuk mesin pembakaran, boiler, mesin diesel statis, dan gas turbin. Bio – oil sangat efektif digunakan sebagai pensubstitusi diesel, heavy fuel oil, light fuel oil, dan untuk berbagai macam boiler. Bio –oil bersifat larut sempurna dalam alkohol, seperti dalam metanol dan etanol. Pencampuran Bio – oil dalam alkohol dapat meningkatkan stabilitas dan menurunkan nilai viskositas bahan bakar. Bio – oil bersifat tidak larut dalam diesel, tetapi dapat diemulsifikasi dengan diesel. Emulsifikasi 10 – 30 % Bio - oil dalam diesel dapat memperbaiki stabilitas bahan bakar, memperbaiki viskositas, mengurangi tingkat korosifitas, dan meningkatkan nilai bilangan setana (Hambali, 2007). Tabel 2.2 merupakan perbandingan karakteristik Bio-oil dengan Diesel-oil Tabel 2.2 Perbandingan karakteristik Bio – oil dengan Diesel-oil Parameter Angka Setana Flash point Spesifik Grafity (200C) Sulfur (%) Densitas Viskosity (cp)
2.4
Bio – Oil
Diesel-oil
51
45-48
>110 0C
>110 0C
0,97
0,87
< 0,06
0,35
1,2
0,84
10-150 pada 50 0C
35-50 pada 40 0C
Potensi Batang Jagung Menjadi Bio – Oil Jagung termasuk ke dalam famili rumput – rumputan. Tanaman jagung
tumbuh tegak dengan tinggi bervariasi. Pada varietas tertentu, tinggi tanaman saat dewasa kurang dari 60 cm dan tipe yang lain dapat mencapai 6 m atau lebih. Batang jagung ( corn strover ) merupakan limbah jagung, setelah masa produktif jagung habis, limbah batang jagung yang dihasilkan cukup besar. Hampir setengah dari tanaman jagung terdiri dari corn stover. Selama ini, pemanfaatan limbah jagung hanya terbatas sebagai pakan ternak. Kandungan serat yang tinggi dalam batang jagung menjadikannya berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku Bio – oil ( Hambali, 2007). Tabel 2.4 merupakan komposisi organik batang jagung.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Komposisi Organik Batang Jagung Komponen
Kandungan ( % bk ) Batang Jagung
Sellulosa
53
Hemisellulosa
15
Lignin
16
Impuritis
16 Sumber : (Hambali, 2007)
Bahan yang mengandung selulosa berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku Bio – oil. Bahan – bahan tersebut diantaranya kayu, kulit kayu, bagas, batang jagung dan biomassa lainnya. Tabel 2.5 memperlihatkan rendemen Bio – oil yang dihasilkan dari beberapa jenis bahan baku Tabel 2.4 Rendemen Bio – oil yang dihasilkan dari beberapa jenis bahan baku Bahan baku
Kayu
Rendemen Bio – oil 71 – 80 Arang 12 – 20 Gas 5 – 12 Sumber : (Hambali,2007).
Kulit kayu
Bagas batang
Kelobot
jagung
kertas
75 – 81 12 – 14 5 – 10
71 – 76 7 – 14 10 – 17
60 – 67 16 – 28 8 – 17
Limbah
71 – 93 4 – 20 2 – 12
2.5 Sifat – sifat bahan baku dan Produk 2.5.1 Bahan Baku yang digunakan Batang Jagung (Corn Stover) - Bentuk
: Padat
- Penampilan
: Berwarna Hijau (basah) Berwarna kecoklatan (kering)
- HHV (High Heating Value) : 19 MJ / kg - Kadar air
: 76 % dari massa basah 23 % dari massa kering
(Hambali, 2007)
Universitas Sumatera Utara
2.5.2 Produk Utama Bio – oil (C3H8O) -
Bentuk
: Cair
-
Hight Heating Valve (HHV)
: 18 MJ / Kg
-
Flash Point
: 48 – 55 0 C
-
Pour Point
: - 33 0C
-
Dew Point
: 28 – 32 0C
-
Viskosity
: 50 cp (pada 40 0 C)
-
Kelembaban
: 20 – 25 Wt %
-
Kadar abu
: 0 Wt %
-
Densitas
: 1,2 Kg / L
-
Tegangan Permukaan
: 35 – 39 mN / m
-
Keasaman (pH)
: 2,5
-
Kandungan Padatan
:3.500,00
4.200
O2
0 c:
C
0
10.994
g : 171,2910
Holtz, 1988 (kkal/mol); Richard and Rousseau, 1986 (kkal/mol), Perry and Green, 1997 (kkal/mol)
Tabel LB.3 Kapasitas Panas Estimasi Tabel LB.3 Kontribusi elemen atom untuk metode Hurst dan Herrison (kkal/kmol.0K) Gugus
Harga (J/mol.0K)
Harga (kkal/mol.0K)
C
10,86
2,6009
H
7,56
1,8056
O
13,42
3,2052
N
18,74
4,4758
S
12,36
2,972
Na
31,4
7,5
K
68,78
6,8737
Perry and Green, 1997 Data estimasi kapasitas panas (Cp) dalam kkal/kmol.K (Metode Hurst dan Herrison) Cp Lignoselulosa
= 189,9126 kkal/kmol.0K
Cp impuritis
= 63,3042 kkal/kmol.0K
Cp Bio-oil
= 49,5874 kkal/kmol.0K
Data estimasi H0f(298) dalam kkal/mol (Tabel 3.335, Perry)
Universitas Sumatera Utara
H 0f ( 298K ) Bio oil
= -196,8300 kkal/mol
H 0f ( 298K ) Lignoselulosa
= -778,3875 kkal/mol
H 0f ( 298K ) Impuritis
= -280,1946 kkal/mol
1 kkal
= 4,184 kj (Geankoplis,1993)
2. Reaktor Pyrolisis (RP) dan Combuster (CR)
Gambar LB.1 Reaktor Pyrolisis (RP) & Combuster (CR) Neraca Panas Total
H 7 r.H R ( 298 K ) H 3 H 6 Q Kapasitas panas alur 3 (298 K sampai 303 K) 303
Cp
( lignoselulosa )
.dT
= Cp lignoselulosa x 303 298 K
298
= 189,9126 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 496,8740 kkal/kmol 303
Cp
(Im puritis)
.dT
= Cp impuritis x 303 298K
298
= 63,3042 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 316,5210 kkal/kmol
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas panas alur 6 (298 K sampai 303 K) 303
2 2 2 303 298 Cp . dT = 19 , 0223 J / mol . K 303 298 7 , 9629 J / mol . K x 10 ( CO ) 2 2 298
3033 2983 37,4572 J / mol.K x 10 9 7,3707 J / mol.K x 10 5 3
3034 298 4 4
3035 298 5 8,1330 J / mol.K x10 12 5
= 186,2253 J/mol = 186,2253 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 44,5089 kkal/kmol Kapasitas panas alur 7 (298 K sampai 753 K) 753
Cp
( Bio oil )
.dT
= Cp Biooil x 753 298K
298
= 49,5874 kkal/kmol.0K x (753 – 298) K = 22.607,7670 kkal/kmol 753
2 2 2 753 298 K 11 , 18 J / mol . K 753 298 K 1 , 095 J / mol . K x 10 Cp . dT = (C ) 2 298
7533 2983 K 0 0 0,4891 J / mol.K x 10 5 3 = 7.052,1334 j/mol = 7.052,1334 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.685,5003 kkal/kmol 753
2 2 2 753 298 Cp . dT = 29 , 0063 J / mol . K 753 298 0 , 2492 J / mol . K x 10 (C 0 ) 2 298
7533 2983 47,9892 J / mol.K x 10 9 1,8644 J / mol.K x 10 5 3
Universitas Sumatera Utara
753 4 298 4 4
7535 2985 28,7266 J / mol.K x 10 12 5
= 13.689,9057 j/mol = 13.689,9057 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 3.271,9660 kkal/kmol 753
2 2 2 753 298 = 19 , 0223 J / mol . K 753 298 7 , 9629 J / mol . K x 10 Cp . dT (C 0 2 ) 2 298
7533 298 3 37,4572 J / mol.K x 10 9 7,3707 J / mol.K x 10 5 3 753 4 298 4 4
7535 2985 8,1330 J / mol.K x 10 12 5
= 20.401,7054 j/mol = 20.401,7054 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 4.876,1246 kkal/kmol 753
2 2 2 753 298 38 , 387 J / mol . K 753 298 7 , 3664 J / mol . K x 10 Cp . dT = ( CH ) 4 2 298
7533 2983 29,0981 J / mol.K x10 5 3 7534 2984 4
263,849 J / mol.K x10 9
7535 2985 80,0679 J / mol.K x 10 12 5
= 21.850,6921 j/mol = 21.850,6921 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 5.222,4407 kkal/kmol 753
2 2 2 753 298 Cp . dT = 17 , 6386 J / mol . K 753 298 6 , 7006 J / mol . K x 10 (H2 ) 2 298
Universitas Sumatera Utara
7533 2983 105,8830 J / mol.K x 10 9 13,1485 J / mol.K x 10 5 3 753 4 298 4 7535 2985 29,1803 J / mol.K x10 12 4 5
= 13.396,3151 j/mol = 13.396,3151 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 3.201,7961 kkal/kmol Neraca panas komponen
Lignoselulosa 303
3 3 H lignoselul osa N lignoselulosa x Cp ( lignoselulosa ) .dT 298
3 Flignin
=
=
303
x Cp ( lignin) .dT
BM lignin
298
553,1067 kg / jam x 496,8740 kkal/kmol 1960 kg/kmol
= 140,2165 kkal/jam
Impuritis 303
6 6 H impuritis N impuritis x Cp (impuritis) .dT 298
6 Fimpuritis
=
=
BM impuritis
303
x Cp (impuritis) .dT 298
104,2121kg / jam x 316,5210 kkal/kmol 133,5613 kg/kmol
= 246,9676 kkal/jam
Bio-oil 753
H
7 Bio oil
N
7 Bio oil
x Cp Biooil .dT 298
Universitas Sumatera Utara
753 7 FBio oil = x Cp ( Biooil ) .dT BM Biooil 298
=
272,7238 kg/jam x 22.607,7670 kkal/kmol 60,0333 kg/kmol
= 38.026,2566 kkal/jam
Arang (C) 753 7 C
7 C
H N x CpC .dT 298
=
FC7 753 x Cp( C ) .dT BM C 298
=
50,5066 kg/jam x 1.685,5003 kkal/kmol 12,0111 kg/kmol
= 7.087,5181 kkal/jam
CO 753
7 7 H CO N CO x Cp CO .dT 298
=
753 7 FCO x Cp ( CO ) .dT BM CO 298
=
70,6704 kg/jam x 3.271,9660 kkal/kmol 28,0105 kg/kmol
= 8.255,1595 kkal/jam
H2O 753
7 7 H H2O N H2O x Cp "H2O .dT 298
=
753 7 FH2O x Cp ( H2O .dT BM H2O 298
=
3,6515 kg/jam x 44,5089 kkal/kmol 18,015 kg/kmol
= 65,8633 kkal/jam
Universitas Sumatera Utara
753
H
7 CO2
N
7 CO2
x CpCO2 .dT 298
=
=
7 FCO 2
BM CO2
753
x Cp (CO2 ) .dT 298
112,1539 kg/jam x 4.876,1246 kkal/kmol 44,0147 kg/kmol
= 12.424,8578 kkal/jam
CH4 753 7 7 H CH N CH x Cp CH 4 .dT 4 4 298
=
=
7 FCH 4
753
x Cp ( CH 4 ) .dT
BM CH 4
298
40,4757 kg/jam x 5.222,4407 kkal/kmol 16,0427 kg/kmol
= 13.176,2074 kkal/jam
H2 753
H H7 2 N H7 2 x CpH 2 .dT 298
=
=
FH102 BM H 2
753
x Cp ( H 2 ) .dT 298
1,6833 kg/jam x 3.201,7961 kkal/kmol 2,0016 kg/kmol
= 2.692,6375 kkal/jam Panas pembentukan pada temperatur 298 K (referensi) Reaksi Umum: 480 0C
(C10H12O4)10
6,203C3H8O (l)+ 66,976C(s)+ (6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+ 9,734H2) (g) + 17,136 H2O
Universitas Sumatera Utara
Hr( 298) .H 0f (bio oil ) .H 0f ( C ) .H 0f (CO2 ) .H 0f (CO ) .H 0f ( CH 4 ) .H 0f ( H 2 ) .H 0f ( Lignoselulosa )
Hr( 298) = 2 x (-196,8300 kkal/mol) + 5 x 0 + 3 x (-26,4200 kkal/mol) + 3x(-94,0500 kkal/mol) + 3 x (-17,8900 kkal/mol) + 0 + (-1) x (-553,9200 kkal/mol + -224,4675 kkal/mol + -280,1946 kkal/mol) = 249,8421 kkal/mol x
1000 mol 1 kmol
= 249.842,1 kkal/kmol r. Hr( 298) = Q reaksi =
N ( Lignoselulosa)
x Hr( 298)
7 7 Fselulosa Flignin F7 hemiselulosa BM selulosa BM hemiselulosa BM lignin x Hr = ( 298)
272,7238 kg / jam 111,1089 kg / jam 163,2753 kg / jam 324,2852 kg/kmol 132,1163 kg/kmol 194,1443 kg/kmol = (1) x 249.842,1 kkal/kmol
= 630.351,6183 kkal/jam Qproduk = ΔH = 81.728,5002 kkal/jam Qout = Qreaksi + Qproduk = 630.351,6183 + 81.728,5002 = 712.080,1185 kkal/jam Panas reaksi yang terjadi secara keseluruhan ( Qreaktor ) : ΔQ
Qout Qin
Δ Qreaktor = 630.351,6183+ 38.026,2566 + 7.087,5181+ 8.255,1595 + 65,8633 + 12.424,8578+ 13.176,2074 + 2.692,6375 = 711.034,5701 kkal/jam
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas panas CH4 (298 K sampai 303 K) 303
2 2 2 303 298 = Cp . dT 38 , 387 J / mol . K 303 298 7 , 3664 J / mol . K x 10 (CH4 ) 2 298
3033 2983 263,849 J / mol.K x 10 9 29,0981 J / mol.K x10 5 3 3034 298 4 3035 2985 80,0679 J / mol.K x 10 12 4 5 = 180,1005 j/mol = 180,1005 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 43,0451 kkal/kmol Kapasitas panas udara (O2 & N2) (298 K sampai 303 K) 303
2 2 2 303 298 = 5 , 9865 J / mol . K 303 298 0 , 0558 J / mol . K x 10 Cp . dT 298 (O2 ) 2
3033 2983 1,0938 J / mol.K x 10 9 0,14 J / mol.K x 10 5 3 3034 298 4 4
3035 2985 0,23 J / mol.K x 10 12 5
= 31,2640 j/mol = 31,2640 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 7,4723 kkal/kmol 303
Cp
( N2 )
.dT =
298
303 2 298 2 29,4119 J / mol.K 303 298 0,3007 J / mol.K x 10 2 2
3033 2983 5,1319 J / mol.K x 10 9 0,5451J / mol.K x10 5 3
Universitas Sumatera Utara
3034 298 4 3035 2985 425308 J / mol.K x 10 12 4 5 = 143,9647 j/mol = 143,9647 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 34,4084 kkal/kmol Kapasitas panas hasil pembakaran (298 K sampai 823 K) 823
2 2 2 823 298 = Cp . dT 5 , 9865 J / mol . K 823 298 0 , 0558 J / mol . K x 10 (O2 ) 2 298
8233 2983 1,0938J / mol.K x10 9 0,14 J / mol.K x 10 5 3 8234 298 4 4
8235 298 5 0,23 J / mol.K x 10 12 5
= 3.448,8655 j/mol = 3.448,8655 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 824,2986 kkal/kmol 823
Cp
( N2 )
.dT =
298
823 2 298 2 29,4119 J / mol.K 823 298 0,3007 J / mol.K x 10 2 2 8233 2983 0,5451J / mol.K x10 5 3 8234 298 4 4
5,1319 J / mol.K x 10 9
8235 2985 425308 J / mol.K x 10 12 5
= 12.907,9728 j/mol = 12.907,9728 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 3.085,0795 kkal/kmol
Universitas Sumatera Utara
823
2 2 2 823 298 = Cp . dT 19 , 0223 J / mol . K 823 298 7 , 9629 J / mol . K x 10 ( C 0 ) 2 2 298
8233 2983 37,4572 J / mol.K x 10 9 7,3707 J / mol.K x 10 5 3 8234 298 4 8235 2985 8,1330 J / mol.K x10 12 4 5 = 23.984,8527 j/mol = 23.984,8527 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 5.732,5174 kkal/kmol 823
373
Cp ( H 2O ) .dT
298
H 2O
298
373
= 9,729 kkal/kmol
373
Cp
823
Cp ( H2O) .dT ( H 2O) Cp ( H 2O) .dT
( H 2O )
298
2 2 .dT = 18,2964 J / mol .K 373 298 47,2118 J / mol .K x 10 2 373 298 2
3733 2983 1.314,24 J / mol.K x 10 9 133,8780 J / mol.K x10 5 3 3734 298 4 4
0
= 5.671,6493 j/mol = 5.671,6493 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.355,5567 kkal/kmol 823
Cp
373
( H 2O )
2 2 .dT = 34,0471 J / mol.K 823 373 0,9651 J / mol.K x 10 2 823 373 2
8233 298 3 3,2998J / mol.K x 10 5 3
20,4467 J / mol.K x 10 9
Universitas Sumatera Utara
8234 298 4 8235 2985 4,3023 J / mol.K x10 12 4 5 = 16.357,2991 j/mol = 16.357,2991 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 3.909,4883 kkal/kmol 823
Cp
( H 2O )
.dT = 1.355,5567 kkal/kmol + 9,729 kkal/kmol + 3.909,4883 kkal/kmol
298
= 5,274,7740 kkal/kmol Reaksi pembakaran CH4 :
CH 4 2O2 CO2 2 H 2O Udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kmol CH4 (udara 20 % berlebih) mol O2
= (kmol CH4 + (20% kmol CH4)) x τ O2 = (1 + 0,2) x 2 = 2,4 kmol
Mol N2
79 = x 2,4 kmol 21
= 9,0286 kmol
Hr( 298)
= .H 0f ( CO2 ) .H 0f ( H 2O ) .H 0f ( CH 4 ) .H 0f ( O2 )
= (-94,0500 + 2 x (-68,3150) – (-17,8900) – 2 x 0) kkal/mol = -212,7900 kkal/mol x
1000 mol 1 kmol
= -212.790 kkal/kmol r. Hr( 298) = =
N (CH 4 )
x Hr( 298)
1 x (-212.790 kkal/kmol) (1)
= -212.790 kkal/kmol ΔH reaktan 303 18 18 CP( CH ) .dT H CH N x CH 4 4 4 298
Universitas Sumatera Utara
= 1 kmol/jam x 43,0451 kkal/kmol = 43,0451 kkal/jam H O2
303 N O2 x Cp ( O2 ) .dT 298
= 2,4 kmol/jam x 7,4723 kkal/kmol = 17,9334 kkal/jam 303 H N 2 N N 2 x Cp ( N 2 ) .dT 298
= 9,0286 kmol/jam x 34,4084 kkal/kmol = 310,6587 kkal/jam ΔH produk (kmol O2 : 0,4; kmol :CO2 : 1; kmol N2 : 9,0286; kmol H2O : 2) 823 H O2 N O2 x Cp ( O2 ) .dT 298
= 0,4 kmol/jam x 824,2986 kkal/kmol = 329,7195 kkal/jam 823 H N 2 N N 2 x Cp ( N 2 ) .dT 298
= 9,0286 kmol/jam x 3.085,0795 kkal/kmol = 27.853,8610 kkal/jam H CO2
823 N CO2 x CP( CO2 ) .dT 298
= 1 kmol/jam x 5.732,5174 kkal/kmol = 5.732,5174 kkal/jam 823 H H 2O N H 2O x Cp ( H 2O ) .dT 298
= 2 kmol/jam x 5,274,7740 kkal/kmol = 10.549,5481 kkal/jam Panas yang dihasilkan dari pembakaran 1 kmol CH4 QCH 4
= r. Hr( 298) + ΔH produk - ΔH reaktan = (-212.790 + 329,7195 + 27.853,8610 + 5.732,5174 + 10.549,5481
Universitas Sumatera Utara
- 43,0451 - 17,9334 - 310,6587) kkal/jam = 168.695,9913 kkal/jam =
711.034,5701 kkal/jam x1 kmol CH 4 168.695,9913 kkal/jam
= 4,2148 kmol
FCH4
= N CH 4 x BM CH 4 = 4,2148 kmol x 16,0427 kg/kmol = 67,6167 kg/jam Tabel LB.4 Neraca panas pada Reaktor Pyrolisis
Komponen Umpan(C10 H12O4)10 Bio-oil (C3H8O)
3.
Alur masuk
Alur keluar
(kkal/jam)
(kkal/jam)
1.045,5484 -
38.026,2566
Arang (C)
7.087,5181
CO2
8.255,1595
CO
65,8633
CH4
12.424,8578
H2
13.176,2074
H20
2.692,6375
Panas yang dibutuhkan
711.034,5701
-
Total
712.080,1185
712.080,1185
Cooler (CO)
Universitas Sumatera Utara
Gambar LB.2 Cooler Neraca Panas Total H8 H7 Q
Kapasitas panas alur 8 (298 K sampai 468 K) 468
Cp
( Bio oil )
.dT
= Cp Biooil x 468 298K
298
= 49,5874 kkal/kmol.0K x (468 – 298) K = 8.446,8580 kkal/kmol 468
2 2 2 468 298 11 , 18 J / mol . K 468 298 K 1 , 095 J / mol . K x 10 Cp . dT = ( C ) 2 298
K
4683 298 3 K 0 0 0,4891 J / mol.K x 10 5 3 = 2.489,5845 j/mol = 2.489,5845 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 595,0250 kkal/kmol 468
468 2 298 2 298Cp (C 0) .dT = 29,0063 J / mol.K 468 298 0,2492 J / mol.K x 10 2 2
4683 298 3 47,9892 J / mol.K x10 9 1,8644 J / mol.K x 10 5 3
Universitas Sumatera Utara
468 4 298 4 4685 298 5 28,7266 J / mol.K x 10 12 4 5 = 4.986,1959 j/mol = 4.986,1959 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.191,7294 kkal/kmol 468
2 2 2 468 298 = 19 , 0223 J / mol . K 468 298 7 , 9629 J / mol . K x 10 Cp . dT (C 0 2 ) 2 298
4683 2983 37,4572 J / mol.K x10 9 7,3707 J / mol.K x 10 5 3 468 4 298 4 4685 2985 8,1330 J / mol.K x 10 12 4 5 = 6.892,8930 j/mol = 6.892,8930 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.647,4410 kkal/kmol 468
2 2 2 468 298 38 , 387 J / mol . K 468 298 7 , 3664 J / mol . K x 10 Cp . dT = ( CH ) 4 2 298
468 3 298 3 263,849 J / mol.K x 10 9 29,0981 J / mol.K x10 5 3 468 4 298 4 468 5 2985 80,0679 J / mol.K x 10 12 4 5 = 6.782,6523 j/mol = 6.782,6523 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.621,0928 kkal/kmol 468
2 2 2 468 298 Cp . dT = 17 , 6386 J / mol . K 468 298 6 , 7006 J / mol . K x 10 (H2 ) 2 298
Universitas Sumatera Utara
4683 2983 105,8830J / mol.K x 10 9 13,1485 J / mol.K x 10 5 3 468 4 298 4 4
4685 2985 29,1803 J / mol.K x 10 12 5
= 4.972,4133 j/mol = 4.972,4133 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.188,4353 kkal/kmol 468
2 2 2 468 298 K Cp . dT = 18 , 2964 J / mol . K 373 298 47 , 2118 J / mol . K x 10 ( H 2O ) 2 298
468 2 298 2 133,8780 J / mol.K x10 5 2 3734 298 4 4
1.314,24 J / mol.K x 10 9
0
= 5.671,6493 j/mol = 5.671,6493 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 1.355,5567 kkal/kmol
Neraca panas komponen
Bio-oil 468
8 8 H Bio oil N Bio oil x Cp Bio oil .dT 298
468 8 FBio oil = x Cp ( Biooil ) .dT BM Biooil 298
=
272,7238 kg/jam x 8.446,8580 kkal/kmol 162,1426 kg/kmol
= 14.207,6123 kkal/jam
Arang (C)
Universitas Sumatera Utara
468 8 C
8 C
H N x Cp C .dT 298
=
FC8 468 x Cp (C ) .dT BM C 298
=
267,3202 kg/jam x 595,0250 kkal/kmol 12,0111 kg/kmol
= 13.242,9338 kkal/jam
CO 468
8 8 H CO N CO x CpCO .dT 298
=
458 8 FCO x Cp (CO) .dT BM CO 298
=
0,4660 kg/jam x 1.191,7294 kkal/kmol 28,0105 kg/kmol
= 3.006,7293 kkal/jam
CO2 468
8 8 H CO N CO x Cp CO2 .dT 2 2 298
=
=
8 FCO 2
BM CO2
468
x Cp (CO2 ) .dT 298
0,3746 kg/jam x 1.647,4410 kkal/kmol 44,0147 kg/kmol
= 4.197,8460 kkal/jam
CH4 468
H
8 CH 4
N
8 CH 4
x Cp CH 4 .dT 298
=
8 FCH 4
BM CH 4
468
x Cp (CH 4 ) .dT 298
Universitas Sumatera Utara
=
3,6515 kg/jam x 1.621,0928 kkal/kmol 16,0427 kg/kmol
= 4.090,0138 kkal/jam
H2 468
H H8 2 N H8 2 x Cp H 2 .dT 298
=
=
FH82 BM H 2
468
x Cp ( H 2 ) .dT 298
6,4743 kg/jam x 1.188,4353 kkal/kmol 2,0016 kg/kmol
= 999,4470 kkal/jam
H H 2O N H 2 O
=
823 x Cp ( H 2O ) .dT 298
3,6515 kg/jam x 1.355,5567 kkal/kmol 18,015 kg/kmol
= 274,7607 kkal/jam Panas yang harus diserap oleh air pendingin :
Q
H8 H7
Q
= (14.207,6123+ 13.242,9338 + 3.006,7293+ 4.197,8460 + 4.090,0138 + 999,4470+274,7607- 38.026,2566 - 7.087,5181 - 8.255,1595- 65,8633 12.424,8578 - 13.176,2074 - 2.692,6375 ) kkal/jam = -50.450,0148 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin)
Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : 333 K Q N H 2O Cp (H 2O) . dT 303 K
FH 2O Q BM H O 2
333 K x Cp (H O) . dT 2 303 K
333
2 2 2 333 303 = Cp . dT 18 , 2964 J / mol . K 333 303 47 , 2118 J / mol . K x 10 ( H 2O ) 2 303
Universitas Sumatera Utara
3333 3033 133,878 J / mol.K x 10 5 3 3334 303 4 4
1.314,24 J / mol.K x 10 9
0
= 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 539,9379 kkal/kmol FH 2O x 539,9379 kkal/kmol 50.450,0148 kkal/jam = 18,015 kg / kmol
FH 2O
= 1.542,3218 kg/jam
Tabel LB.2 Panas Pada Cooler
Produk Air Pendingin
Panas Masuk (Kkal/jam) Alur 7 712.080,1185 - 50.450,0148
Total
661.630,1037
Senyawa Umpan
Panas Keluar (Kkal/jam) Alur 8 661.630,1037 661.630,1037
4. Condenser(CD)
Gambar LB.4 Condenser
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Total
H 11 H 10 Q Kapasitas panas alur 11 (298 K sampai 303 K) 303
Cp
( Bio oil )
.dT
= Cp Bio oil x 303 298K
298
= 49,5874 kkal/kmol.0K x (303 – 298) K = 248,4370 kkal/kmol 303
2 2 2 303 298 = 29 , 0063 J / mol . K 303 298 0 , 2492 J / mol . K x 10 Cp . dT ( C 0) 2 298
3033 2983 47,9892 J / mol.K x 10 9 1,8644 J / mol.K x 10 5 3 3034 298 4 4
3035 2985 28,7266 J / mol.K x10 12 5
= 145,6978 j/mol = 145,6978 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 34,8226 kkal/kmol 303
2 2 2 303 298 = Cp . dT 19 , 0223 J / mol . K 303 298 7 , 9629 J / mol . K x 10 ( C 0 ) 2 2 298
3033 2983 37,4572 J / mol.K x 10 9 7,3707 J / mol.K x 10 5 3 3034 298 4 4
3035 298 5 8,1330 J / mol.K x10 12 5
= 186,2253 j/mol = 186,2253 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 44,5089 kkal/kmol 303
2 2 2 303 298 Cp . dT = 38 , 387 J / mol . K 303 298 7 , 3664 J / mol . K x 10 (CH4 ) 2 298
Universitas Sumatera Utara
3033 2983 263,849 J / mol.K x 10 9 29,0981 J / mol.K x10 5 3 3034 298 4 3035 2985 80,0679 J / mol.K x 10 12 4 5 = 180,1005 j/mol = 180,1005 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 43,0451 kkal/kmol 303
2 2 2 303 298 = Cp . dT 17 , 6386 J / mol . K 303 298 6 , 7006 J / mol . K x 10 ( H ) 2 2 298
3033 2983 105,8830 J / mol.K x 10 9 13,1485 J / mol.K x 10 5 3 3034 2984 4
3035 2985 29,1803 J / mol.K x 10 12 5
= 142,6794 j/mol = 142,6794 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 34,1012 kkal/kmol 303
2 2 2 303 298 Cp . dT = 18 , 2964 J / mol . K 373 298 47 , 2118 J / mol . K x 10 ( H 2O ) 2 298
3032 298 2 133,878 J / mol.K x 10 5 2 3032 298 2 2
1.314,24 J / mol.K x10 9
0
= 92,5347 j/mol = 92,5347 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 22,1163 kkal/kmol
Universitas Sumatera Utara
Neraca panas komponen
Bio-oil 303 11 H 11 Bio oil N Bio oil x Cp Bio oil .dT 298
=
303 11 FBio oil x Cp ( Biooil ) .dT BM Biooil 298
=
272,7238 kg/jam x 248,4370 kkal/kmol 162,1426 kg/kmol
= 417,8709 kkal/jam
CO 303 11 11 H CO N CO x Cp CO .dT 298 303 10 FCO = x Cp ( CO ) .dT BM CO 298
=
0,4660 kg/jam x 34,8226 kkal/kmol 28,0105 kg/kmol
= 87,8573 kkal/jam
CO2 303
H
11 CO2
N
11 CO2
x Cp CO2 .dT 298
=
=
11 FCO 2
BM CO2
303
x Cp ( CO2 ) .dT 298
0,3746 kg/jam x 44,5089 kkal/kmol 44,0147 kg/kmol
= 113,4137 kkal/jam
CH4 303 11 11 H CH N CH x CpCH 4 .dT 4 4 298
Universitas Sumatera Utara
=
=
11 FCH 4
303
x Cp (CH 4 ) .dT
BM CH 4
298
3,6515 kg/jam x 43,0451 kkal/kmol 16,0427 kg/kmol
= 108,6027 kkal/jam
H2 303 11 H 11 H 2 N H 2 x Cp H 2 .dT 298
=
=
FH112
303
BM H 2
x Cp ( H 2 ) .dT 298
6,4743 kg/jam x 34,1012 kkal/kmol 2,0016 kg/kmol
= 28,6783 kkal/jam
H2O 303
H
11 H2O
N
11 H2O
x Cp H 2 .dT 298
=
303 11 FH2O x Cp ( H 2 ) .dT BM H2O 298
=
3,6515 kg/jam x 22,1163 kkal/kmol 18,015 kg/kmol
= 4,4828 kkal/jam Panas yang harus diserap oleh air pendingin : Q H 11 H 10 Q
= (417,8709 + 87,8573 + 113,41372 + 108,6027 + 28,6783 + 4,4828
-
14.207,6123 - 3.006,7293 - 4.197,8460 - 4.090,0138 - 999,4470 -274,7607 ) kkal/jam = -26.061,3523 kkal/jam ( “–“ artinya pengeluaran panas ke air pendingin) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :
333 K Q N H 2O Cp (H 2O) . dT 303 K
Universitas Sumatera Utara
FH 2O Q BM H O 2
333 K x Cp (H O) . dT 2 303 K
333
2 2 2 333 303 = Cp . dT 18 , 2964 J / mol . K 333 303 47 , 2118 J / mol . K x 10 ( H 2O ) 2 303
3333 3033 133,878 J / mol.K x 10 5 3 3334 303 4 4
1.314,24 J / mol.K x 10 9
0
= 2.256,1003 j/mol = 2.256,1003 kj/kmol x
1 kkal 4,184 kj
= 539,9379 kkal/kmol FH 2O x 539,9379 kkal/kmol 26.061,3523 kkal/jam = 18,015 kg / kmol
= 869,5356 kg/jam
FH 2O
Tabel LB.4 Panas Pada Condenser (CD) Senyawa Umpan Produk Air Pendingin Total
Panas Masuk (Kkal/jam) Alur 10 647.422,4914 - 26.061,3523 621.361,1391
Panas Keluar (Kkal/jam) Alur 11 621.361,1391 621.361,1391
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC. 1 Gudang (G) Fungsi
: Tempat penyimpanan batang jagung,
Jenis
: Bak persegi panjang dengan tutup,
Bahan konstruksi
: Beton bata dengan lantai semen,
Jumlah
: 1 unit,
Menghitung Ukuran Gudang (G) Laju alir massa, F
= 637,3188 kg/jam
Densitas batang jagung, ( = 700 kg/m3 Lama penampungan
( Anonim, 2007)
= 1 bulan
Kebutuhan batang jagung (m) = 637,3188
kg 30 hari 24 jam x x jam 1bulan 1 hari
= 468,950,472 kg Volume batang jagung (VBj) = =
m 468.950,472 kg 700 kg / m 3
Universitas Sumatera Utara
= 669,9292 m3 Faktor kelonggaran, fk
= 20 %
Volume ruang (V)
= (1 + fk) x VBj
(Perry, 1999)
= (1 + 0,2) x 669,9292 m3 = 893,9150 m3 Direncanakan gudang dibuat 1 unit, maka VG : VG
=
893,9150 m 3 = 893,9150 m3 1
Dimensi ruang z = Panjang
= 2,5 h
l = Lebar
=2h
sehingga, VG
=zxlxh = 2,5 h x2 h xh = 5 h3
h
=
3
VG 5
=
3
893,9150 m 3 5
= 5, 5177 m maka, z
= 2,5 h = 2,5 x 5,5177 m = 13,7943 m
l
=2h = 2 x 5, 5177 m = 11, 0354 m
Sehingga, ukuran gudang sebagai berikut : z = Panjang
= 13,7943 m
l = Lebar
= 11, 7152 m
Universitas Sumatera Utara
h = Tinggi
= 5,8576 m
LC.2 Bak Batang Jagung (BK - 101) Fungsi
: Tempat batang jagung sebelum masuk ke Knife Cutter (KC),
Jenis
: Bak dengan desain persegi panjang
Konstruksi
: Beton bata dengan lantai semen
Jumlah
: 1 Unit
Menghitung Ukuran Bak Laju alir massa (F)
= 637,3188 kg/jam
Densitas batang jagung ( 700 kg/m3 Lama Penampungan
= 24 Jam
Faktor keamanan (fk)
= 20 %
( Anonoim, 2007)
(Perry, 1999)
Sehingga Jumlah bahan masuk (W)
= 24 jam x 637,3188 kg/jam = 15,631,6824 kg
Volume bak (Vb)
(1 f k ) . W
(1 0,2) (15.631,6824 kg) 700 kg/m 3
= 26,7972 m3 Dimensi bak Diambil : Panjang bak (P)
5 x tinggi bak (t )
Lebar bak (L)
4 x tinggi bak (t )
Maka: V
P . L. t
V
(5 t ) (4 t ) (t )
V
20t 3
t
3
V 20
Universitas Sumatera Utara
3
26,7972 m 3 20
1,1024 m
Sehingga, dari ukuran tinggi bak (t) di dapat dimensi lainnya sebagai berikut: P = 5t = 5 (1,1024 m) = 5,512 m L = 4t = 4 (1,1024 m) = 4,4096 m
LC-3 Bucket Elevator (BE – 102) Fungsi
:Sebagai alat untuk memindahkan batang jagung dari bak batang jagung ke Knife Cutter (KC)
Jenis
: Flat Belt on Continous Flow
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Kondisi Operasi
: 30 oC ; 1 atm
Laju alir bahan baku : 637,3188 kg/jam Jumlah alat
: 1 (satu) buah
Faktor kelonggaran
: 20 %
Kapasitas alat
= 1 0,2 x 637,3188 kg / jam = 781,5841 kg/jam = 0,7815 ton/jam
Dari Tabel 21 – 7 Perry, 1999, untuk kapasitas 0,7815 ton/jam diperoleh : Kecepatan Belt
= 200 ft/menit
Lebar Belt
= 14 ft = 4,2 m
Panjang Belt
= 20 ft = 6 m
Tinggi Belt
= L, Sin, ά = 20 Sin 20 = 6,84 ft
Power Belt Conveyer = V (L,0,0025 + H, 0,001) C
Universitas Sumatera Utara
Power Belt Conveyer = 14,3772 ( 20 x 0,0025 + 6,84 x 0,001) 2,5 = 2,04 Hp Efisiensi Motor
= 80 %
Hp motor
= 2,04/0,8 = 2,5 Hp
Dimana : V = Kapasitas belt L = Panjang belt H = Tinggi belt C = Material faktor ( 2,5)
LC.4 Knife Cutter (KC - 103) Fungsi
: Mengecilkan ukuran batang jagung sebelum masuk kedalam Vibrating screen,
Jenis
: Rotary knife
Kondisi operasi
: 30 oC ; 1 atm
Laju alir bahan baku
: 637,3188 kg/jam
Faktor kelonggaran
: 20 %
Asumsi diameter awal umpan (batang jagung) = 100 mm = 100,000 m Diameter akhir setelah proses = 0,1 mm = 100 m Kapasitas alat
= 1 0,2 x 637,3188 kg / jam = 14377,2 kg/jam
Dari halaman 829 Perry, 1997, dipilih tipe rotary knife cutter dengan spesifikasi : Panjang pisau
= 21 cm
Bahan konstruksi
= Stainless steel
Kecepatan putaran
= 920 rpm
Power
= 5 Hp
Jumlah cutter
= 5 buah
LC.5 Vibrating Screen (VS - 104)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Menyaring batang jagung yang telah dihaluskan oleh Knife Cutter (KC) sampai 1 mm,
Jenis
: Heavy duty vibrating screen,
Bahan screen
: High alloy steel SA 240 (304),
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 285 (C)
Jumlah
: 1 unit,
Screen (VS)Menentukan Ukuran Vibrating Laju alir massa batang jagung (FBj3) = 0, 8141 ton/jam Faktor kelonggaran (fk)
= 20 %
Ukuran partikel
= 0,1 mm
Kapasitas (K)
= FBj3 (1 + fk)
(Perry and Green, 1997)
= 0, 8141 ton/jam (1 + 0,2) = 0,9769 ton/jam
Diamater lubang ayakan (z) untuk partikel 0,1 mm, z
= 0,0040 in
(Perry and Green, 1997)
= 0,0040 in x 0,0833 ft/in = 0,0003 ft Kapasitas standart Vibrating Screen (VS), s = 6 ton/ft3 Luas ayakan (A)
=
K zxs
=
0,9769 ton/jam (0,0003 ft) (6 ton/ft 3 )
(Perry and Green, 1997)
= 542,7222 ft2 x 0,0929 m2/ft2 = 50,4188 m2 Didisain, perbandingan dari panjang ayakan (P) : lebar ayakan (L) = 2 : 1 Lebar ayakan (L)
1/ 2
=
A 2
=
50,4188 m 2 2
1/ 2
= 5,0209 m Panjang ayakan (P) = 2 L
Universitas Sumatera Utara
= 2 x 3,6149 m = 10,0418 m
LC.6 Belt Conveyor (BC - 105) Fungsi
: transportasi batang jagung ke dalam reactor pyrolysis (RP),
Jenis
: Rotary Vane Feeder
Bahan konstruksi
: Carbon Steel
Kondisi operasi
: 30 oC ; 1 atm
Laju alir bahan baku : 637,3188 kg/jam Jumlah alat
: 1 (satu) buah
Faktor kelonggaran : 20 %
Kapasitas alat
= 1 0,2x 637,3188 kg / jam = 781,5841 kg/jam
Dari Tabel 21 – 6 Perry, 1997, untuk kapasitas 781,584 kg/jam diperoleh : - Diameter pipa
= 2,5 inchi
- Diameter shaft
= 2 inchi
- Diameter pengumpan = 9 inchi - Panjang maksimum = 75 ft - Pusat gantungan
= 10 ft
- Kecepatan motor
= 55 rpm
- Daya motor
= 3,75 hp
LB,7 Tangki Fluidizing Gas (TK - 303) Fungsi
: Menyimpan fluidizing gas sebelum diumpankan ke Reaktor Pyrolysis (RP),
Desain
: Berupa bejana (tangki) horizontal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (ellipsoidal dished head),
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 285 (A),
Jumlah
: 1 unit,
Menentukan Volume Tangki Fluidizing Gas (T-01) Laju alir massa, F8
= 21,5586 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Lama penampungan
= 1 jam
Kapasitas tangki (W)
= 21,5586
kg x1 jam jam
= 21,5586 kg V
nRT P
=
dimana: V
= volume gas (m3)
n
= molar gas (kmol)
R
= tetapan gas ideal = 0,0821 m3,atm/kgmol,K
T
= temperatur (K)
P
= tekanan (atm)
n
=
W BM
=
21,5586 kg 33,5897 kg/kmol
= 0,6418 kmol T
= 32 oC
= 305 K
P
= 1 atm
= 14,6960 psi
V
=
(0,6418 kmol) (0,0821 m 3 .atm/kgmol.K) (305 K) 1 atm
= 48,6949 m3 Menentukan Dimensi Tangki Fluidizing Gas (T-01) Volume tutup dan alas =
2 π D 3i 24
(Brownell and Young, 1959)
Diambil: L/Di
= 5/4
h/Di
= 1/4
Volume tangki
48,6949 m3
= volume tutup dan alas + volume silinder =
π D 3i 2 24
π D i2 L 4
=
2 x 3,14 3,14 x (5/4) 3 Di 4 24
Universitas Sumatera Utara
48,6949 m3
= 1,2429 Di3
Di
= 3,3963 m
Diameter tangki (Di) = 3,0410 m x 39,37 in/m = 133,7153 in D i 4
h =
3,3963 m 4
=
= 0,8491 m Panjang tangki (H)
= L+2h = (1,25 x 3,0410 m) + 2 (0,7603 m) = 5,4995 m
Material Tangki Fluidizing Gas (T-01) : Carbon Steel SA 285 (A), dengan: Stress yang diizinkan (S) = 11200 psi (32 oC) Efisiensi sambungan (E) = 0,9 Faktor korosi (C)
= 0,006 in/tahun
Umur alat (A)
= 18 tahun
(Perry and Green, 1997)
Tebal Silinder (ts) Tebal silinder (ts) =
PR CA S E 0,6 P
(Brownell and Young, 1959)
Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka: P
= 14,6960 psi + 1,4696 psi = 16,1656 psi
ts
=
(16,1656 psi) (119,7242 in/2) (0,006 in/tahun) (18 tahun) (11200 psi) (0,9) - 0,6 (16,1656 psi)
= 0,2041 in Tebal Head (th) Bentuk head = ellipsoidal dished head th
=
PD CA 2 S E 0,2 P
=
(16,1656 psi) (119,7242 in) (0,006 in/tahun) (18 tahun) 2 (11200 psi) (0,9) - 0,2 (16,1656 psi)
(Brownell and Young, 1959)
= 0,2040 in
Universitas Sumatera Utara
LC,8 Gas Compressor (C - 202) Fungsi
: Menyuplai fluidizing gas dari tangki fluidizing gas ke dalam Reaktor Pyrolysis (RP),
Jenis
: Centrifugal compressor,
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 515 (70),
Jumlah
: 1 unit,
Menentukan Daya Gas Compressor (GC) Temperatur masuk (T1)
= 30 oC
Temperatur keluar (T2)
= 30 oC
Tekanan masuk (P1)
=
1 atm
Tekanan keluar (P2)
=
4 atm
Laju alir massa, F5
= 21,5586 kg/jam
Densitas FG (FG)
= 1,5070 kg/m3
Laju alir volume fluidizing gas masuk (V1) : V1
=
5 FFG FG
21,5586 kg/jam 1,5070 kg/m 3
= 43,2196 m3/jam
Laju alir volume udara keluar (V2) : Proses yang terjadi adalah isothermal (temperatur konstan), sehingga persamaan Boyle Gay Lussac dalam persamaan gas ideal, adalah P1,V1 = P2,V2 (Walas,1988), V2
=
P1 V1 P2
=
1 atm x 4 3,2196 m 3 /jam 4 atm
= 8,6439 m3/jam Kerja kompresor sentrifugal (Ws): Ws
=
P1 P2 ln P1
(Perry and Green, 1997)
Universitas Sumatera Utara
4 atm 1 atm ln 3 1,5070 kg/m 1 atm
=
= 1,0680 atm,m3/kg x
1,0133 x 10 5 N/m 2 1 atm
= 108,212,5391 N,m/kg = 108,212,5391 J/kg Daya kompresor (P): Efisiensi kompresor () = 80 % P
(Perry and Green, 1997)
=
5 Ws . FGas
=
108.212,5391 J/kg x 21,5586 kg/jam 0,8
= 8,8101 x 106 J/jam = 2,447,2566 J/detik = 2,447,2566 W x
1 kW 1 HP x 1000W 0,7457 kW
= 3,2818 HP
LC.9 Combuster (E - 203) : Untuk memanaskan reaktor sampai suhu 480 0C (753 K),
Fungsi
Kondisi Operasi: Suhu Umpan : 303 K Suhu Ref
: 298 K
Tekanan
: 1 atm
Panas yang dibutuhkan : Q
= 711,034,5701 kkal/jam x
1btu 1000 kal x 252,16 kal 1 kkal
= 2,819,775,421 Btu/jam Metode Perhitungan Metode Lobo Evans (Kern, 1950) Ketentuan: 1. Suhu rata-rata tube = suhu reaktor + aproach (dipakai aproach 50 K) Maka suhu rata-rata tube, Ts = 753 + 50
Universitas Sumatera Utara
= 803 K = 986 oF 2. Efisiensi panas overall diperkirakan 60% 3. Flux panas rata-rata pada seksi radiasi 1200 Btu/Jam,ft2
(Kern, 1950)
Total panas yang dibutuhkan, Qt = Q/60% =
2.819.775,421 Btu/jam 60 %
= 4,699,625,701 Btu/jam = 46,996,2570 MBtu/jam Fuel gas pada 25 % excess udara, fig 1,6 evans dicatat 1010 lb/MBtu Jadi kebutuhan gas
= Qt x 1010 lb/Mbtu = 4,699,625,701MBtu/jam x 1010 lb/Mbtu = 47,466,2196 lb/jam =
47.466,2196 lb/jam 3600 s/jam
= 13,1851 lb/s Spesifikasi pipa yang dipakai: Diameter luar, (OD)
= 3,5 in
Diameter dalam, (OD) = 2,9 in Nominal size
= 3 in
Schedule number
= 80
Panjang pipa, (L)
= 20 ft
Area permukaan, transfer panas setiap pipa, (At): At
OD = . .L 12 3,5 = 3,14. .20 12
= 18,3167 ft2 Perkiraan jumlah tube yang dibutuhkan, (Nt) Nt
=
Qt flux. At
=
4.699.625,701 Btu/jam 1200 18,3167 ft 2
Universitas Sumatera Utara
= 213,8133 tube Dipakai jumlah tube, (Nt) 214 tube dengan Single Row Arrangement Sehingga Furnace dapat digambarkan:
Pitch (jarak antar pipa), (PT) dipakai 1,5 x OD PT
= 1,5 x 3,5 = 5,25 in
Ukuran Combuster : 1. Tinggi Combuster, (H) H = OD x 67 + (67-1) x (PT – OD) = 3,5 x 67 + 66 x (5,25 – 3,5) =
350,0000 in 12 in / ft
(1 ft = 12 in)
= 29,1667 ft Dipakai over design 10%, maka tinggi furnace: H = 1,1 x 29,1667 ft = 32,0834 ft Maka dipakai tinggi furnace 32 ft 2. Panjang Combuster, (L) L
= OD x 80 + (80-1) x (PT – OD) = 3,5 x 80 + 79 x (5,25 – 3,5) =
418,2500 in 12 in / ft
= 34,8542 ft Dipakai over design 10%, maka panjang furnace: L = 1,1 x 34,8542 ft = 38,3396 ft Maka dipakai panjang furnace 39 ft 3. Lebar Combuster, (l) = Panjang pipa = 20 ft Permukaan Dingin Ekivalen, (Acp) Acp =
PT x Panjang pipa 12 in / ft
Universitas Sumatera Utara
=
5,2500in x 20 ft 12 in / ft
= 8,7500 ft2 PT/OD
= 1,5 in
Dari fig 19,11 (Kern, 1950), untuk Single Row Arrangement diperoleh: α
= 0,975
α, Acp setiap tube
= 0,975 x 8,7500 ft2 = 8,5313 ft2
α, Acp
= Nt x α, Acp setiap tube = 214 x 8,5313 ft2 = 1825,6982 ft2
Area Refractory: 1. Dinding samping =2xHxl = 2 x 32 x 20 = 1,280 ft2 2. Lantai dan Atas =2x Lx l = 2 x 39 x 20 = 1,560 ft2 3. End Wall =2xHxL = 2 x 32 x 39 = 2,496 ft2 Total Area Reafractory, (Ar) = 5,336 ft2 Corrected Refractory Surface, (AR) AR = Ar - α, Acp = 5,336 – 1825,6982 = 3510,3018 ft2 AR 1,923 . Acp Mean Beam Length:
Universitas Sumatera Utara
Dimensi furnace = l x L x H = 20 ft x 39 x 32 ft = 24,960 ft3 Ratio dimensi
= 5 : 9,8 : 8
Dari tabel 19,1 (Kern,1950) untuk rectangular furnace Mean length,
L 2 / 3 3 volumefurnace
Volume
= 20 ft x 39 ft x 32 ft = 24,960 ft3
Diperoleh Mean length, =
2 3
3
24.960
= 19,4830 ft Dipakai Flame Emissivity G 0,4999 Overall, Exchange Factor,
(Kern, 1950)
fungsi
G 0,4999 dan
AR 1,923 . Acp
dari fig, 19,15 (Kern, 1950) diperoleh 0,7
Check suhu gas diperlukan: Suhu Cold Surface (pipa), Ts = 986 oF
Q 2.819.775,421 Btu/jam = . Acp . 1825,6972 ft 2 0,7 = 2206,4178 Btu/jam,ft2 Dari fig 19,14 (Kern,1950) diperoleh suhu flue gas dibutuhkan, Tg
= 1470 F (pada radian section)
Penentuan tebal dinding Combuster: Dinding furnace berupa Refractory Brick Konduktivitas, (k) pada 1470 F: k = 0,7 Btu/Jam,ft2,F
(Brown, 1950) o
Dipakai suhu permukaan dinding luar = 200 C atau 392 oF Untuk menghemat panas, suhu masih cukup tinggi sehingga disekitar combuster diberi pengaman
Universitas Sumatera Utara
Panas Hilang, (Qloss) Qloss
=
(1470 392) k X
=
(1470 392) 0,7 X
=
754,6000 Btu/Jam.ft 2 X
Panas hilang secara konveksi alamiah ke lingkungan Qloss = (hc+hr) (392-86) hr
= Koefisien transfer panas radiasi ke lingkungan, dibaca dari fig 10,7
(Perry,1984)
sehingga diperoleh hr pada 392 F = 2,7 Btu/J,ft2,oF hc = 0,28 (392- 86)0,25 L-0,25 persamaan 10,34 (Perry,1984) untuk vertical surface L = mean beam length = 14,48 ft hc = 0,28 (392- 86)0,25 14,48-0,25 = 0,6003 Btu/Jam,ft2,oF hc = koefisien transfer panas konveksi ke lingkungan Qloss = (0,6003 + 2,7) (392-86) = 1010,0535 Btu/Jam,ft2
651,3201 Tebal dinding, (∆X) ∆X =
754,6000 1010,0535
= 0,7471 ft = 0,7471 ft x
12 in = 8,9651 in 1 ft
= 0,7471 ft x
1m = 0,2277 m = 22,77 cm 3,2808 ft
Dipakai tebal dinding Combuster 1/4 m,
LC. 10 Reaktor Pyrolysis (R - 201) Fungsi
: memanaskan batang jagung (corn stover) pada suhu 480 oC sehingga terbentuk bio-oil, gas, dan arang,
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: fluidized bed Reaktor
Desain
: Silinder tegak dengan alas datar dan tutup tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: High alloy steel SA 285 grade A
Jumlah
: 1 unit,
Temperatur masuk
= 30 oC = 303 K
Temperatur keluar
= 480 oC = 753 K
Tekanan operasi
= 405,3 kPa = 4 atm = 58,784 psia
Reaksi yang terjadi: (C10H12O4)10
480 0C
6,203C3H8O(l)+ 66,976C+ 6,404CO2 + 3,852CO +4,159CH4+ 9,734H2 + 17,136 H2O
Ta
Laju alir massa = 547,8527 kg/jam Densitas Campuran (Pcampuran)
=
%
= 2,0539 kg/m3 Waktu tinggal () reactor = 2 s Faktor keamanan
(Hambali,2007)
= 20 %
Perhitungan a. Volume bahan, Volume bahan (Vl)
= υ0 x
Laju alir volumetrik (υ0 ) =
, ,
/ /
= 266,7378 m3/jam
= 0,0741 m3/s Volume bahan (Vl)
= 0,0741 m3/s x 2 s = 0,1481 m3
Faktor kelonggaran
= 20%
Volume tangki, Vt
= V1 1,2 = 0,1481 1,2 = 0,1778 m3
b. Tinggi tangki dengan diameter tangki
Volume shell tangki (Vs) : Vs = /4 Ds2Hs
Asumsi: Ds : Hs = 2 : 3
Vs = 3/8 Ds3
Volume tutup tangki (Ve)
Universitas Sumatera Utara
Ve = /6 Ds2He
Asumsi: Ds : He = 4 : 1
Ve = /24 Ds3
Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 10/24 Ds3 0,1778 m3 = 10/24 Ds3 Ds = 0,514 m = 20,2362 in Hs = 0,514 m
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 0,514 m Tinggi head, He = ¼ x Ds = 0,1285 m Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He = 0,8995 m d. Tebal dinding reaktor t=
( ,
,
)
+
dimana : t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psi) R= jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = Allowable working stress = 13700 psia
(Peters et,,al,,2004)
C = Corrosion allowance = 0,0125 in/tahun
(Peters et,,al,,2004)
E = efisiensi sambungan = 0,85
(Peters et,,al,,2004)
n = umur tangki = 10 tahun Volume bahan (Vl)
= 0,1481 m3
Volume tangki, Vt
= 0,1778 m3
Tinggi larutan dalam tangki =
, ,
0,8995 m = 0,7492 m
Tekanan Hidrosatatik : P Hidrosatatik = ρ x g x h = 2,0539 x 9,8 x 0,7492 = 15,081 kpa = 2,2163 psia P0
= Tekanan operasi = 1 atm = 101,3205 kPa
Faktor keamanan = 20%
Universitas Sumatera Utara
Maka Pdesain = (1 + 0,2) x (P hidrosatatik + P0) = (1 + 0,2) x (15,081 kPa + 101,3205 kPa) = 139,6818 kPa = 5,4360 atm = 0,7878 psi Tebal dinding head : t= =
( ,
,
)
+
,
,
(
,
,
,
+
)
,
= 0,21 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,21 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1¼ in
(Brownell & Young,1959)
e. Jeket
Dari neraca panas, jumlah panas yang dihasilkan = 67,6167 kg/jam Fp = 67,6167 kg/jam Densitas metana = 0,717 kg/m3 Vp =
, ,
/ /
= 94,305 m3/jam Ditetapkan jarak jeket(γ) = 5 in = 0,127 m sehingga : Tebal dinding tangki 1¼ in, maka : Panas reaktor = 711.034,5701 kkal/jam Asumsi UD = 70 Kkal/jam.ft2.0F Luas yang dilalui panas (A) = =
.
, .
/ .
(
)
= 12,063 ft2 = 3,6768 m2
Diameter dalam (D1) = D + tebal tangki = 20,2362 + 1,25 = 21,4862 in = 1,5458 m
Diameter luar (D2)
= 2γ + D1 = (2 x 0,127) + 1,5458 = 1,7 m
Universitas Sumatera Utara
Tebal dinding jeket (dJ) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi High Alloy Steel 316 ( peter, et. Al. 2004), diperoleh data :
S = Allowable working stress = 18700 psia
C = Corrosion allowance = 0,1 in/tahun
E = efisiensi sambungan = 0,85
n = umur tangki = 10 tahun
Tebal silinder (d) = t=
( ,
,
)
+
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari – jari dalam tangki (in) = D/2 S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan t =(
,
, ,
,
,
)
+
,
= 0,1901 in Dipilih tebal selinder standar = 2 in (Browneel & Young ,1959) LC.11
Cooler (E - 204)
Fungsi
: Mendinginkan gas yang berasal dari Reaktor Pyrolysis (RP) sebelum masuk ke Cyclon (Cy) menggunakan air pendingin,
Jenis
: Double pipe heat exchanger,
Desain
: 1(1/4) x 2 in IPS (Sch, 40), 3 hairpain, panjang total (L) 90 ft,
Bahan konstruksi
: Low alloy steel SA 202 (A),
Jumlah
: 1 unit,
Referensi perhitungan dari Kern, 1965, (1). Neraca Panas Panas masuk (H10)
+ Air Pendingin
= Panas keluar (H11)
Universitas Sumatera Utara
81,662,6369 kkal/jam + (-52,658,9122 kkal/jam) = 29,003,7247 kkal/jam Maka, Fluida panas (gas): Qfluida panas H 10 Qfluida panas 81.662,6369 kkal/jam 81.662,6369
kkal 1 Btu x jam 0,25216 kkal
323.852,4623 Btu/jam
Kecepatan massa masuk (F10)
716,4521 kg/jam
716,4521
kg 1 lb x jam 0,45359 kg
1.579,5148 lb/jam
Temperatur awal (T1) = 480 oC = 896 oF Temperatur akhir (T2) = 195 oC = 383 oF Fluida dingin (air pendingin): Qfluida dingin 52.658,9122 kkal/jam 52.658,9122
kkal 1 Btu x jam 0,25216 kkal
209.296,1534 Btu/jam
Temperatur awal (t1) = 30 oC = 86 oF Temperatur akhir (t2) = 140 oC = 284 oF Tabel LC,1 Temperatur Fluida Panas dan Dingin Cooler (CO) Fluida panas (oF)
Temperatur fluida
Fluida dingin (oF)
Selisih (oF)
896
Temperatur tinggi
284
612
383
Temperatur rendah
86
297
513
Selisih
198
315
(2). Perhitungan LMTD Aliran Counter Current LMTD
(T1 t2 ) (T2 t1 ) ln [(T1 t 2 ) /(T2 t1 )]
(Kern, 1965)
dimana : T1 = temperatur fluida panas masuk (oF) T2 = temperatur fluida panas keluar (oF)
Universitas Sumatera Utara
t1 = temperatur fluida dingin masuk (oF) t2 = temperatur fluida dingin keluar (oF)
(896 - 284) - (383 - 86) o LMTD F ln (896 - 284)/(383 - 86)
435,6846 o F (3). Perhitungan Temperatur Kalorik Asumsi : tc = tav dan Tc = Tav,
Tc
T1 T2 2
(896 383) o F 2
639,5 o F tc
t1 t 2 2
(86 284) o F 2
185 o F Penempatan Fluida Aliran massa gas lebih besar dibandingkan dengan air pendingin, sehingga: Fluida dingin (air pendingin) dalam pipa (pipe side) Fluida panas (gas) dalam anulus (annulus side) Pipa : fluida panas (gas) (4). Luas Aliran (ap) D 1,3800 in 1,3800 in x
(Tabel 11) 1 ft 12 in
0,1150 ft
ap
D2 4 3,14 (0,1150 ft) 2 4
Universitas Sumatera Utara
0,0104 ft 2
(5). Kecepatan Massa (Gp) Gp
w ap
dimana : w = F35 Gp
994,8930 lb/jam 0,0104 ft 2
151.876,4192 lb/jam.ft2
(6). Pada t = 185 oF
(Figure 14)
0,3300 cp
0,3300 cp x
2,42 lb/jam.ft 1 cp
0,7986 lb/jam.ft
Re p
D Gp
0,1150 ft x 95832,1038 lb/jam.ft 2 0,7986 lb/jam.ft
21.870,5087
(7). L/D 15 ft/0,1150 ft = 130,4348 131 jH
(Figure 24)
120
(8). Pada t = 185 oF c 0,1200 Btu/lb,oF
(Figure 3)
k 0,0132 Btu/jam,ft,oF
(Tabel 5)
1/ 3
c x k
0,1200 Btu/lb. o F x 0,7986 lb/jam.ft 0,0132 Btu/jam.ft .o F
1/3
1,9363
Universitas Sumatera Utara
(9).
hi p
1/ 3
k c x x D k
jH x
(120) x
0,0132 Btu/jam.ft.o F x (1,9363) 0,1150 ft
26,6708 Btu/jam.ft2 .o F
Anulus : fluida panas (gas) (4'). Luas Aliran (aa) D2 ID / 12
2,0670 / 12 0,1723 ft
(Tabel 11)
D1 OD / 12
1,6600 / 12
(Tabel 11)
2
aa
0,1383 ft
2
( D2 D1 ) 4
3,14 (0,17232 0,13832 ) 4
0,0083 ft 2 2
De
2
( D2 D1 ) D1
(0,17232 0,13832 ) 0,1383
0,0761 ft
(5'). Kecepatan Massa (Ga) Ga
W aa
dimana : W = F34 Ga
1.136,9814 lb/jam 0,0083 ft 2
137.496,7393 lb/jam.ft2 (6'). Pada T = 639,5 oF
0,0549 cp
0,0549 cp x
(Figure 15) 2,42 lb/jam.ft 1 cp
Universitas Sumatera Utara
0,1329 lb/jam.ft
De .Ga 0,0761 ft x 137.496,7393 lb/jam.ft 2 0,1329 lb/jam.ft
Ree
78.807,7914
(7'). L/D 15 ft/0,0761ft = 196,9821 197 jH
(Figure 24)
210
(8'). Pada T = 639,5 oF c
1,2853 Btu/lb,oF
(Figure 3)
k
0,0676 Btu/jam,ft,oF
(Tabel 5)
1/ 3
c x k
1,2853 Btu/lb. o F x 0,1329 lb/jam.ft 0,0676 Btu/jam.ft .o F
1/3
1,3619 1/ 3
(9').
ho k c x jH x x a De k (210) x
0,0676 Btu/jam.ft.o F x (1,3619) 0,0761 ft
253,8926 Btu/jam.ft2 .o F
tw t c
ho /a (Tc tc ) hio /p ho /a
185
253,8926 ( 639,5 185 ) ( 26,6708 253,8926 )
602,9969 o F w 0,0151 cp 0,0151 cp x
(Figure 15) 2,42 lb/jam.ft 1 cp
0,0365 lb/ft.jam
a
w
0 ,14
Universitas Sumatera Utara
0,1329 lb/ft.jam 0,0365 lb/ft.jam
0,14
= 1,1981 1
h ho o .a a
253,8926Btu/jam.ft2 .o F x 1
253,8926Btu/jam.ft2 .o F (10). Koreksi hio terhadap Permukaan
h ID hio i x p p OD 26,6708 Btu/jam.ft 2 .o F x
0,1150 ft 0,1383 ft
22,1721 Btu/jam.ft2 .o F tw
602,9969 o F
w 0,0210 cp 0,0210 cp x
(Figure 15) 2,42 lb/jam.ft 1 cp
0,0508 lb/ft.jam
p
w
0 ,14
0,7986 lb/ft.jam 0,0508 lb/ft.jam 1,4706 1 h hio io p
0,14
p
22,1721 Btu/jam.ft2 .o F x 1
22,1721 Btu/jam.ft2 .o F (11). Koefisien Keseluruhan Bersih (UC) UC
( hio x ho ) ( hio ho )
Universitas Sumatera Utara
(22,1721 x 253,8926) (22,1721 253,8926)
20,3914 Btu/jam,ft2,oF
(12). Koefisien Keseluruhan Desain (UD) 1 1 Rd UD UC
Rd
0,0030 + 0,0020 = 0,0050
(Tabel 12)
1 1 0,0050 UD 20,3914 Btu/jam.ft 2 .o F 0,0540 jam,ft2,oF/Btu
UD 1 / 0,0540 jam.ft 2 .o F/Btu
18,5047Btu/jam.ft2 .o F (13). Luas Permukaan yang Dibutuhkan (A) Q
U D .A.Δt
A
Q U D .Δt
307.358,3495 Btu/jam (18,5047 Btu/jam.ft 2 .o F) (435,6846 o F)
38,1234ft 2 Dari Tabel 11 untuk 1(1/4) in IPS, luas permukaan luar per ft panjang = 0,4350 ft2/ft Panjang yang dibutuhkan Hairpain
38,1234 ft 2 = 87,6399 ft 0,4350 ft 2 /ft
87,6399 ft = 2,9213 (2 x 15 ft)
Berarti dapat digunakan 3 x 15 ft hairpain dengan panjang total adalah 3 x 2 x 15 ft = 90 ft
(14). Luas Permukaan Baru (A) A
0,4350ft 2 /ft x 90 ft 39,1500 ft 2
Koefisien desain aktual (UD):
Universitas Sumatera Utara
UD
307.358,3495 Btu/jam (39,1500 ft 2 ) (435,6846 o F)
18,0194 Btu/jam,ft2,oF
Rd
(U C U D ) (U C .U D )
(20,3914 18,0194) (20,3914 x 18,0194)
0,0056 jam,ft2,oF/Btu
Rd 0,0050 Pressure Drop (P) Pipa : fluida dingin (air pendingin) (1). Untuk Rep = 13.800,0150 (aliran laminer) f
0,0035
0,264 0 , 42 (Re p )
0,0035
0,264 (13.800,0150 0,42 )
0,0083
(Tabel 6)
s
1
62,5 x 1 62,5 lb/ft3 2
(2). Fp
(4 f .GP .L) (2.g . 2 .D) (4 ) (0,0083) (95.832,1038 2 ) (90) (2) (4,18 x 10 8 ) (62,52 ) (0,1150)
27,3962 ft
PP
FP . 144 ( 27,3962 ) (62,5 ) 144
1,1891 psi
PP yang diizinkan = 0,5 - 10 psi
Universitas Sumatera Utara
Anulus : fluida dingin (air pandingin) (1'). De’ untuk Pressure Drop Berbeda dengan Heat Transfer De’ D2 D1
0,1723 ft 0,1383 ft
0,0339 ft
'
Rea
De .Ga 0,0339 ft x 137.496,7393 lb/jam.ft 2 0,1329 lb/ft.jam
35.100,8677 (aliran turbulen)
f
0,0035
0,264 0 , 42 (Re p )
0,0035
0,264 (35.100,8677 0,42 )
0,0068
s
0,9570
(http://www,engineeringtoolbox,com/specific-gravities-gases-d334,html,2005)
62,5 x 0,9570 59,8125 lb/ft3 2
(2'). Fa
(4 f .Ga .L) ' (2.g. 2 .De ) (4) (0,0068) (137.496,73932 ) ( 60) (2) (4,18 x 10 8 ) (59,81252 ) (0,0339)
0,0306 ft
(3'). V
Ga 3.600
137.496,7393 3.600 x 59,8125
0,6386 fps
(4'). F1 3 x
V2 2 g'
0,6386 2 3 x 2 x 32,2
Universitas Sumatera Utara
19,6944 ft
Pa
( Fa F1 ) 144 (0,0306 19,6944 ) 59,8125 144
8,1931 psi
Pa yang diizinkan = 10 psi ( Pa hitung < Pa yang diizinkan)
LC.12
Cyclone (CY - 205)
Fungsi
: Memisahkan arang (char) yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolysis (R), Memisahkan arang (char) yang masih ada pada gas yang berasal dari Reaktor Pyrolysis (RP),
Jenis
: Duclone collector A-A,
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 515 (70),
Jumlah
: 1 unit,
Menentukan Dimensi Cyclone (C) Dpc =
9 Bc 2 π N e vc ( s )
(Perry and Green, 1997)
dimana: Dpc : ukuran diameter partikel yang bisa lolos dari ayakan (ft) Dp
: ukuran diameter partikel yang tidak diizinkan lolos (ft)
Bc
: lebar inlet dust (ft)
Ne
: efektivitas dari Cyclone
vc
: kecepatan gas masuk Cyclone (ft/s)
: viskositas gas (lb/ft,s)
Universitas Sumatera Utara
s
: densitas material abu (lb/ft3)
: densitas gas (lb/ft3)
c
: diameter Cyclone (ft)
Dari Perry and Green (1997) data yang dibutuhkan: Ne
= 2
Dp
= 0,0003 ft
vc
= 50 ft/s
cyclone = 0,99 Dp/Dpc = 5 Dpc
= Dp/5 0,0003 ft 5
=
= 0,00006 ft
Material Cyclone yang masuk: Gas
= 7,8087 kg/jam
Karbon aktif (C) = 267,3202 kg/jam Data densitas:
Gas
= 0,0015 gr/cm3 x
62,43 lb / ft 3 1 gr / cm 3
= 0,0941 lb/ft3
Abu
= 2,2670 g/cm3 x
62,43 lb / ft 3 1 gr / cm 3
= 141,5288 lb/ft3 (http://www,springerlink,com/index/ T7G47714-description,html, 2002)
Gas pada 195 oC = 0,0149 cp x 0,0007 (lb/ft,s)/cp = 0,00001 lb/ft,s Dpc
=
0,00006 =
(Kern, 1965)
9 Bc 2 π N e vc ( s ) 9 (0,00001) Bc 2 (3,14) (2) (50) (141,5288 0,0941)
Universitas Sumatera Utara
Bc
= 1,8837 ft = 0,5742 m
Dc
= 4 Bc = 4 x 1,8837 ft = 7,5349 ft = 2,2967 m
Sehingga dari perhitungan di atas, maka dapat diketahui data desain Cyclone lainnya, yaitu: De
= 0,500Dc = 0,500 x 7,5349 ft =
3,7675 ft = 1,1483 m
Hc
= 0,500Dc = 0,500 x 7,5349 ft =
3,7675 ft = 1,1483 m
Lc
= 2,000Dc = 2,000 x 7,5349 ft = 15,0699 ft = 4,5934 m
Sc
= 0,125Dc = 0,125 x 7,5349 ft =
Zc
= 2,000Dc = 2,000 x 7,5349 ft = 15,0699 ft = 4,5934 m
Jc
= 0,250Dc = 0,250 x 7,5349 ft =
0,9419 ft = 0,2871 m
1,8837 ft = 0,5742 m
Menghitung Pressure Drop pada Cyclone Pi = 0,013 , , vc2
(Perry and Green, 1997)
dimana: Pi = pressure drop (in H2O)
= densitas gas (lb/ft3)
vc
= kecepatan gas (ft/s)
Kecepatan gas masuk Cyclone = 20 s/d 70 ft/s
(Perry and Green, 1997)
Desain umumnya menggunakan kecepatan (vc) = 50 ft/s Pi = 0,013 x 0,0941 lb/ft3 x (50 ft/s)2 = 3,0577 lb/ft,s2 = 3,0577 in H2O x 0,0361 psi/in H2O = 0,1104 psi
LC.13 Tangki Penampung Arang (TK - 206) Fungsi
: Tempat menampung arang hasil pemisahan dari cyclon
Jenis
: Berbentuk segi empat tegak dengan alas datar dan tertutup,
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-333
Jumlah
: 1 unit,
Laju alir massa, F
= 267,3202 kg/jam
Densitas arang,
= 2,2670 gr/cm3 = 2,267 kg/m3
(Roberts, 1992)
Universitas Sumatera Utara
Lama penampungan
= 7 hari
Kebutuhan arang (m)
= 267,3202
24 jam kg x7 harix jam 1 hari
= 8452,8192 kg Volume arang (VA)
=
m
=
8452,8192 kg 2.267 kg / m 3
= 3,7286 m3 Faktor kelonggaran, fk
= 20 %, maka
Volume Tangki (V)
= (1 + fk) x VA = (1 + 0,2) x 3,7286 m3 = 4,4744 m3
Tangki dirancang berbentuk silinder tegak, perbandingan tinggi silinder dengan diameter silinder 3 : 4 Volume silinder, V1
=
4 xD 2 xhi ; hi = D 4 3
=
2 4 D x D 4 3
(Hesse,1959)
= 1,0467 D3 Volume konis, V2
x ( D2 + D x m + m2 ) * h2
=
(Hesse,1959) Tinggi konis, h2
= tg x (D-m)
(Hesse,1959) m =
D, maka : (
h2 = =
,
(
)
)
= 0,2175 D
Universitas Sumatera Utara
Sehingga : V2
x D2 + D 1 4D + 1 4D2 0,2175 D
=
= 0,1255 D3 Volume tangki
= V1 + V2
4,4744,m3
= 1,0467 D3 + 0,1255 D3
4,4744 m3
= 1,1722 D3
4,4744 m 3 1,1722
D
=
D
= 1,5628 m
D
= 1,5628 m x
3
1 in 0,0254 m
= 61,5285 in r
1 1 D x61,5285 in 29,2583 in 2 2
h1
=
xD
=
x 61,5285 in
= 82,038 in x
0,0254 m 1 in
= 2,0838 m h2
= 0,22 x D = 0,22 x 61,5285 in = 13,5363 in x
0,0254 m 1 in
= 0,3438 m Tinggi tutup dished head Asumsi dished head adalah Stainless Steel, E=1 Crown radius, Rc
= D – 6 in = 61,5285 in – 6 in = 55,5285 in
Tinggi tutup, h3
= Rc
2
4
Rc 2 D
Universitas Sumatera Utara
= 55,5285 in
55,5285 in2 61,5285 in
= 7,9526 in x
2
4
0,0254 m 1 in
= 0,2019 m Tinggi penyangga, h4 = 1 m = 39,3701 in
(Gambar LB,2)
Tinggi tangki total, H = h1 + h2 + h3 + h4 = 82,038 in + 13,5363 in + 7,9526 in + 39,3701 in = 142,897 in x
0,0254 m 1in
= 3,6296 m Tekanan disain, PD
= x ( H-1 )
(Brownell,1969)
= 2,267 kg/m3 x (3,6296 – 1 ) m = 5,961,3032 kg/m2 x
0,0014223 psi 1 kg/m 2
= 8,4788 psi Tekanan total disain, PT
= PD + 14,7 psi = 8,4788 psi + 14,7 psi = 23,1788 psi
Tebal plat minimum, t t
Pt x 0,2 D Cn 2 FE 0,6 Pt
(Brownell,1969)
Dimana : Pt
= Tekanan total disain
= 23,1788 psi
D
= Diameter tangki
= 61,5285 in
E
= Efisiensi sambungan
= 85 %
(Hesse,1969)
F
= allowable stress
= 11,700 psi
(Brownell,1969)
C
= faktor korosi
= 0,06 in
(Brownell,1969)
N
= umur alat
= 20 tahun
Jadi, tt =
22,8736 psix0,2 x58,5165 in 0,06 inx 20 tahun 2 x11.700 psix0,85 0,6 x 22,8736 psi
Universitas Sumatera Utara
= 1,2135 in x
0,0254 m 1 in
= 0,0308 m Spesifikasi tangki : - Diameter tangki
= 1,4863 m
- Tinggi tangki
= 1,9818 m
- Tebal tangki
= 0,0308 m
- Tinggi tutup
= 0,2262m
- Tinggi konis
= 0,3269 m
- Bahan konstruksi = Carbon steel SA-333 - Faktor korosi
= 0,06 in/tahun
LC.14 Partial Kondensor (E - 207) Fungsi
: menurunkan temperatur serta merubah fasa uap sebagian produk reaktor menjadi fasa cair
Fluida Panas
: Shell and tube heat exchanger,
W1
= 561,7342 Kg/jam
= 1,238,6 642 lb/jam
T1
= 195 °C
= 383 °F
T2
= 30 °C
= 86 °F
Fluida Dingin
: Air (Tube)
W1
= 859,0357 Kg/jam
= 1,893,8594 lb/jam
t1
= 29,9 °C
= 85,82 °F
t2
= 90 °C
= 194 °F
Perhitungan design sesuai dengan literatur pada Kern 1. Beban Panas Condenser Q = 25,745,2254 Kkal/jam = 102,098,7682 Btu/jam 2. LTMD Fluida Panas
Fluida Dingin
383 °F
Suhu tinggi
194 °F
86 °F
Suhu rendah
85,82 °F
Selisih Δt2 : Δt1
189 °F 0,18 °F
Universitas Sumatera Utara
: ΔT Selisih Δt
297 °F
LMTD (Δt)=
=
108,18 °F
188,82 °F
t 2 - t 1 ln (t 2 / t 1 189 F- 0,18 F ln (189 F/ 0,18F
= 27,1428 °F 3,
Tv
= T avg = 0,5 (T2 + T1) = 0,5 (383 °F + 86 °F) = 234,5 °F
ta
= t avg
= 0,5 (t2 + t1) = 0,5 (194 °F + 85,82 °F) = 139,91 °F
a, Trial UD (5 s/d 75)
(Tabel 8, Kern)
- Asumsi UD = 15,0000 Btu/jam,ft²,°F A =
=
Q U D . t
(Kern,1965)
102.098,7682 Btu/jam 15,0000 Btu/jam.ft². F x. 27,1428 F
= 250,7694 ft² Karena A > 200 ft2, maka digunakan 1-2 Shell & Tube
(Brownell,1989)
Heat Exchanger dengan ukuran : Tube side Panjang ( L )
= 14,0000 ft
OD
= 0,0625 ft
= 0,7500 in
BWG
= 18,0000 ID
= 0,6520 in
= 0,0543 ft
a't
= 0,3340 in
= 0,0023 ft²
a"
= 0,1963 ft
Pass, n
= 2
(Tabel 10,Kern)
Universitas Sumatera Utara
Jumlah tube (Nt)
A L x a"
=
(Kern,1965)
dimana, 250,7694 ft² 14,0000 ft x 0,1963 ft²
Nt =
= 91,2486 tube Dari tabel 9 Kern, didapat Nt yang mendekati adalah Nt = 91 tube -
Koreksi UD A
= Nt x L x a''
(Kern,1965)
= 91x 14,0000 ft x 0,1963 ft = 250,7694 ft² UD
=
Q A . t
=
102.098,7682 Btu/jam 250,7694 ft² x 27,1428 F
(Kern,1965)
= 15 Btu/jam,ft²,°F (koreksi memenuhi) karena nilai Ud perhitungan mendekati dengan nilai Ud asumsi, maka data untuk shell : Shell side ID
= 13,25 in (Tabel 9, Kern)
Pitch
= 1 in
De
= 0,5500 in = 0,0458 ft
Baffle Space (B) = 28,0000 in Pass, n
= 1
Aliran Fluida Dingin : Air Pendingin (Tube side) Luas area laluan (a't)
= 0,3340 in²
Total luas area laluan, at
=
Nt x a' t 144 x n
(Kern,1965)
dimana, Nt = 91 tube a't = 0,3340 in² n = 2
Universitas Sumatera Utara
at =
91 x 0,3340 in² 144 x 2
= 0,0088ft² Laju alir, Gt
=
W at
(Kern,1965)
dimana, W = 1,238,6 642 lb/jam at = 0,0088 ft² Gt =
1.238,6 642 lb/jam 0,0088 ft²
= 140,729,3631 lb/ft²,jam Densitas, ρ = 62,5000 lb/ft³ Velocity, V =
=
Gt 3600 x
(Kern,1965)
140.729,3631 lb/ft².jam 3600det/jam x 62,5000 lb/ft³
= 0,6255 ft/det Bilangan Reynold, Ret Pada ta
= 139,91 °F
μ
= 0,7200000 cp x 2,42 = 1,7424000 lb/ft,jam
NRet
=
IDtube x Gt
=
0,0543 ft x 1.239.887,1821 lb/ft².jam 1,7424000 lb/ft.jam
(Kern,1965)
= 38,663,0619 Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka didapat hi dari gambar 25, kern hi = 1,600 Btu/jam,ft²,° hio
= hi
(gambar 25, kern)
ID OD
= 1.600 Btu/jam.ft².F
(Kern,1965)
0,0543 ft 0,0625 ft
Universitas Sumatera Utara
= 1,390,9333 Btu/jam,ft²,°F Aliran Fluida Dingin : (Shell side) ID shell
= 13,25 in
Suhu rata-rata
= 234,5 °F
Baffle spacing (B)
= 28,0000 in
Pitch, Pt
= 0,9375 in triangular
OD Tube
= 0,7500 in
Clerance (C')
= pitch – OD
= 0,0625 ft
= 0,1875 in Luas area laluan (as) =
= 0,0156 ft
IDshell x C' x B 144 x Pt
=
(Kern,1965)
13,25 in x 0,1875 in x 28,0000 in 144 x 0,9375 in
= 0,5153 ft² Laju alir, Gs
=
W aS
(Kern,1965)
dimana, W
= 1,893,8594 lb/jam
as
= 0,5153 ft²
Gs
=
1.893,8594 lb/jam 0,5153 ft²
= 3,675,2559 lb/ft²,jam Gs"
W
=
L. N t
=
2
(Kern,1965) 3
1.893,8594 lb/jam 14 ft x (90)
2
3
= 6,6356 lb/ft²,jam Asumsi h
= ho = 200 Btu/jam,ft²,°F
tw
= ta
ho (Tv t a ) hio ho
(Kern,1965)
Universitas Sumatera Utara
= 139,91 F
200 (234,5 139,91) 1.391,9333 200
= 151,8011 °F tf
=
tv t w 2
(Kern,1965)
= 234,5 F 151,8011 F 2 = 193,1506 °F kf
= 0,1140 Btu/jam,ft² (ºF/ft)
(Tabel 4, kern)
sf
= 1,29
(Tabel 6, kern)
μf
= 0,28
(gambar 14, kern)
dari gambar 12,9 maka didapat h = ho = 800 Btu/jam,ft²,°F Clean overall coefficient UC
=
(hio x ho) (hio ho)
(Eq, 6,38 Kern)
dimana, hio
= 1,390,9333 Btu/jam,ft²,°F
ho
= 800 Btu/jam,ft²,°F
UC
=
(1.390,9333 Btu/jam.ft².F x 800 Btu/jam.ft².F) (1.390,9333 Btu/jam.ft².F 800 Btu/jam.ft².F)
= 507,8870 Btu/jam,ft²,°F Dirt Factor, Rd Rd
=
(U C - U D ) (U C x U D )
(Kern,1965)
dimana, UC
= 507,8870 Btu/jam,ft²,°F
UD
= 14,4861 Btu/jam,ft²,°F
Rd
=
(507,8870 Btu/jam.ft².F - 14,4861 Btu/jam.ft².F) (507,8870 Btu/jam.ft².F x 14,4861 Btu/jam.ft².F)
= 0,0571 Rd 0,0050
PRESSURE DROP
Universitas Sumatera Utara
Tube side Untuk NRet
= 38663,0619
Faktor gesekan, f = 0,00018 ft²/in² (gambar,26 Kern) S
=1
IDtube
= 0,6520 in = 0,0543 ft
Δ Pt
=
2
f.G t .L.n 5.22 x 1010 x D e .S. s
(Kern,1965)
dimana, f = 0,00018 ft²/in² Gt = 1,239,887,1821 lb/ft²,jam L = 14,0000 ft n = 2 De = 0,0458 ft S=1 Ф=1 ΔPt
=
0,00018 ft²/in² x (1.239.887,1821 lb/ft².jam) 2 x 14,0000 ft x 2 5.22 x 1010 x 0,0458 ft x 1 x 1
= 3,2385 psi V2/ 2g = 0,2 Δ Pr
(gambar,27 Kern)
=(
4n V 2 )( ) s 2g
=(
4x2 ) x 0,2 1
= 1,6 psi Δ PT
= Δ Pt + Δ Pr
(Kern,1965)
= 3,2385 psi + 1,6 psi = 4,8385 psi Δ P Allowable = 2 - 10 psi Shell side Pada Tv
= 234,5 °F
μVapor
= 0,7000000 cp x 2,42 = 1,6940 lb/jam,ft
Universitas Sumatera Utara
Des
= 0,5500 in
Untuk NRe
=
= 0,0458 ft
De x G s
=
(Kern,1965)
0,0458 ft x 3.675,2559 lb/ft².jam 1,6940 lb/ft.jam
= 546,8909 Faktor friksi, f = 0,0035 (gambar,29 Kern) Densitas gas = 1,5070 lb/ft3 s=
1,5070 lb/ft³ 62,5000 lb/ft³
= 0,0241 Number of cross, (N+1) N+1 =
12 x L B
(Kern,1965)
dimana, L
= 14,0000 ft
B
= 28,0000 in
N+1 =
12 x14,0000 ft 28,0000 in
= 6,0000 in/pases
= 6,0000 bundel
ID shell = 13,25 in = 1,1042 ft 2
Δ Ps
f.G t .D i . (N 1) = 5.22 x 1010 x D e .S. s
(Brownell,1989)
dimana, f
= 0,0035 ft²/in²
Gs
= 3,675,2559 lb/ft²,jam
Di
= 1,1042 ft
N+1
= 6,0
De
= 0,0458 ft
S
= 0,0245
Ф
=1 =
0,0035 ft²/in² x (3.675,25591 lb/ft².jam) 2 x 1,1042 ft x 6 5.22 x 1010 x 0,0458 ft x 0,0245 x 1
Universitas Sumatera Utara
= 0,508 psi Δ P Allowable
= 0,5 - 2 psi
LC.15 Storage Tank (TK - 302) Fungsi
: Tangki penampung produk bio-oil,
Bentuk
: Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan Tutup tangki berbentuk ellipsoidal
Bahan
: Carbon steel, SA – 285 Grade, A
Jumlah
: 2 unit
Lama Penyimpanan : 15 hari Kondisi Operasi
:
-
Temperatur (T) = 30 0C
-
Tekanan ( P)
= 1 atm
Laju alir massa,F
= 272,7238 kg/jam
Densitas Bio oil, ρ
= 1,2 kg/L = 1,2
(Anonim,2012)
kg 1L x L 0,001 m 3
= 1,200 kg/m3 Lama penampungan = 15 hari Massa bio-oil (m)
= 272,7238
24 jam kg x15 harix jam 1 hari
= 98,180,5680 kg Direncanakan Storage Tank dibuat 2 unit maka volume bio-oil adalah, Volume bio-oil (V1) = =
m x2 98.180,5680 kg 1.200 kg / m 3 x 2
= 40,90857 m3 Faktor kelonggaran (fk)
= 20 %
Volume tangki (Vt)
= (1 + fk) Vl
(Perry and Green, 1997)
= (1 + 0,2) 40,90857 m3 = 49,0903 m3
Universitas Sumatera Utara
Diameter Tangki (Dt) dan Tinggi Tangki (Ht) Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga : Tinggi head (Hh)
= 1/6 D
Volume tutup (Vh) ellipsoidal
= /4 D2Hh
(Brownell dan Young, 1959)
= /4 D2(1/6 D) = /24 D3 Vt = Vs + Vh
(Brownell dan Young, 1959) 3
3
Vt = (3/8 D ) + (/24 D ) Vt = 10/24 D3
Diameter tangki (D) 3
24 Vt 3 24 49,0903 41,778 dm 10 10 = 4,178 m = 164,480 in
3
3
Tinggi silinder (Hs) = /2 D = /2 4,178 m = 6,267 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 D = 1/6 x 4,178 m = 0,696 m Tinggi Tangki (HT) = Hs + Hh = 6,963 m Tinggi cairan dalam silinder (Hls)
4 .Vl Dt2
4 (40,90857 m 3 ) (3,14) (3,2935 m) 2
4,8043 m 189,1453 in
Tinggi cairan dalam tangki (Hl)
H ls - KR - SF ( 4,8043 - 0,0003 - 0,0001) m 4,8039 m 189,1295 in
Tebal Silinder (ts) Tekanan awal (Po)
= 1atm = 14,696 psi
Phidrostatis
= ρ g Hl = 1,200 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 4,8039 m = 56493,8640 N/m2 = 27,6401 psi
Universitas Sumatera Utara
Poperasi
= Po + Phidrostatis = 14,696 psi + 27,6401 psi = 42,3361 psi
Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10%, maka: Poperasi
= 42,3361 psi + 4,2336 psi = 46,5697 psi
Material Storage Tank
:
Carbon steel, SA-285, Gr,C, dengan :
Stress yang diizinkan (S)
= 13,750 psi (60 oC)
Efisiensi sambungan (E)
= 0,85
Faktor korosi (C)
= 0,003 in/tahun
Umur alat (A)
= 18 tahun
maka: ts
=
PR CA S E 0 ,6 P
=
(46,5697 psi) (64,8325 in) (0,003 in/tahun) (18 tahun) (13.750 psi) (0,85) 0,6(46,5697 psi)
(Brownell and Young, 1959)
= 0,3129 in Tebal Head (th) Bentuk head = flat flanged dished head th
0,3 P CA S
=
D
=
(129,6651 in)
(Brownell and Young, 1959)
0,3 (46,5697 psi) (0,003 in/tahun) (18 tahun) 13.750 psi
= 4,1872 in LC.16 Blower (BL) Fungsi
: Mengalirkan campuran gas recycle dari condenser menuju combuster dan reaktor yang melewati stripper
Jenis
: Blower sentrifugal,
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 285 (A),
Jumlah
: 1 unit,
Laju alir massa masuk Blower (G)
= F15
Universitas Sumatera Utara
= 224,9833 kg/jam x 2,2046 lb/kg = 495,982 lb/jam Tabel LC.2 Komponen
Laju massa
% berat
ρ (kg/m3)
(kg/jam) CO
70,6704
31,5664 %
1,250
CO2
112,1539
49,6024 %
1,980
CH4
40,4757
18,0793 %
0,717
H2
1,6833
0,7519 %
0,08988
Densitas gas, (m)
= (31,5664% x 1,250) + (49,6024% x 1,980) + (18,0793% x 0,717) + (0,7519% x 0,08988) = 1,5070 kg/m3 x
1 gr / cm 3 62,43 lb / ft 3 x 1000 kg / m 3 1 gr / cm 3
= 0,0941 lb/ft3 Laju alir volumetrik gas (V)
=
G ρm
=
495,982 lb/jam 0,0941 lb/ft 3
=
5.270,7970 ft 3 /jam 60 menit/jam
= 87,8466 ft3/menit
Daya Blower-02 (P) dapat dihitung dengan persamaan: P
=
144 x x V 33.000
Efisiensi Blower () berkisar antara 48 % s/d 80 %
(Perry and Green, 1997) (Perry and Green, 1997)
Diambil, = 70% P
=
144 x 0,7 x 87,8466 33.000
= 0,26833 HP
Universitas Sumatera Utara
= 0,3 HP Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 hp
LC.17 Tangki Bahan Bakar (T-301) Fungsi
: Menyimpan gas recycle sebelum dibakar di Combuster (CBR),
Desain
: Berupa bejana (tangki) horizontal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (ellipsoidal dished head),
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA 285 (A),
Jumlah
: 1 unit,
Menentukan Volume Storage Tank (ST) Laju alir massa
= 7,8087 kg/jam
Lama penampungan
= 1 jam
Kapasitas tangki (W)
= 7,8087
kg x1 jam jam
= 7,8087 kg V
=
nRT P
dimana: V
= volume gas (m3)
n
= molar gas (kmol)
R
= tetapan gas ideal = 0,0821 m3,atm/kgmol,K
T
= temperatur (K)
P
= tekanan (atm)
n
=
W BM
=
7,8087 kg 33,5897 kg/kmol
= 0,2325 kmol T
= 32 oC
= 305 K
P
= 1 atm
= 14,6960 psi
V
=
(0,2325 kmol) (0,0821 m 3 .atm/kgmol.K) (305 K) 1 atm
Universitas Sumatera Utara
= 131,3397 m3 Menentukan Dimensi Tangki Bahan Bakar (T-02) Volume tutup dan alas =
2 π D 3i 24
(Brownell and Young, 1959)
Diambil: L/Di
= 5/4
h/Di
= 1/4
Volume tangki
= volume tutup dan alas + volume silinder =
π D 3i 2 24
131,3397 m3
=
2 x 3,14 3,14 x (5/4) 3 Di 4 24
131,3397 m3
= 1,2429 Di3
Di
π D i2 4
L
= 4,8639 m
Diameter tangki (Di) = 4,8639 m x 39,37 in/m = 191,4917 in h = =
D i 4
4,8639 m 4
= 1,2160 m Panjang tangki (H)
= L+2h = (1,25 x 4,8639 m) + 2 (1,2160 m) = 8,5119 m
Material Tangki Bahan Bakar (T-02) : Carbon Steel SA 285 (A), dengan: Stress yang diizinkan (S) = 11200 psi (32 oC) Efisiensi sambungan (E) = 0,9 Faktor korosi (C)
= 0,006 in/tahun
Umur alat (A)
= 18 tahun
(Perry and Green, 1997)
Tebal Silinder (ts) Tebal silinder (ts) =
PR CA S E 0,6 P
(Brownell and Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka: P
= 14,6960 psi + 1,4696 psi = 16,1656 psi
ts
=
(16,1656 psi) (191,4917 in/2) (0,006 in/tahun) (18 tahun) (11200 psi) (0,9) - 0,6 (16,1656 psi)
= 0,2617 in Tebal Head (th) Bentuk head = ellipsoidal dished head th
=
PD CA 2 S E 0,2 P
=
(16,1656 psi) (191,4917 in) (0,006 in/tahun) (18 tahun) 2 (11200 psi) (0,9) - 0,2 (16,1656 psi)
(Brownell and Young, 1959)
= 0,2616 in LC.18 Knock-out Drum (KO-208) Fungsi
: memisahkan gas dari cairan bio-oil
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi: Carbon steel SA-285 grade B Jenis sambungan: Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Temperatur
= 30°C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir gas, Fgas
= 7,8087 kg/jam
Laju alir cairan, Fcairan = 272,7238 kg/jam Laju alir gas, Ngas
= 9,8858 kmol/jam
Laju alir cairan, Ncairan = 44181,1256 kmol/jam Tabel LC,1 Komposisi Gas pada Knock-out Drum (KO-208) Komponen CO2 CO CH4 H2 Total
BM 44,04 28,04 16,04 2
Laju Alir (kmol/jam)
% mol
BM x % mol
4,0004 2,5203 2,5234 0,8417 9,8858
0,09 0,1 0,68 0,13 1
3,9636 2,804 10,9072 0,26 17,9348
Universitas Sumatera Utara
P BM av (2 atm) (9.8858 kg/kmol) RT (0,082 m 3 atm/kmol K)(358,15 K)
ρgas =
= 2,1227 kg/m3 = 0,1325 lbm/ft3 Tabel LC,2 Komposisi cairan pada Knock-out Drum (KO-208) Komponen Bio-oil Total
BM 60,033
Laju Alir (kmol/jam)
% mol
44181,1256 44181,1256
BM x % mol
0,96 1
57,63 57,63
= 988,8610 kg/m 3 = 61,7324 lbm/ft 3 BMav N 70,75704 kg/kmol)(16,2383 kmol/jam) Volume gas, Vgas = ρ 2,1227 kg/m3
cairan
= 235,2686 m3/jam = 2,3079 ft3/detik Volume cairan, Vcairan =
F 4252,0520 kg/jam ρ 988,8610 kg/m 3
= 4,2999 m3/jam = 0,04218 ft3/detik Kecepatan linear yang diinjinkan :
u 0.14
1 gas
(Walas,1988) = 0.14
61,7324 1 3,0185 ft/detik 0,1325
Disain pipa horizontal u yang diijinkan 25% dari aliran
= 1,25 x 3,0185 = 3,7731
Diameter tangki : D=
Vgas ( / 4)u
2,3079 ( / 4)(3,7731)
Waktu tinggal (hold up)= 3 menit Tinggi cairan, Lcairan =
(Walas,1988) = 180 s
Vcairaan 0,0422 ft 3 / s 180s ( / 4) D 2 ( / 4)(D) 2
(Walas,1988)
Dengan trial untuk harga maka diperoleh: Φ
H
D
L
L/D
Universitas Sumatera Utara
0,2
0,75
1,9738
3,1032
1,5722
0,3
0,66
1,6116
5,3198
3,3009
0,4
0,58
1,3957
8,2752
5,9291
L 3,3009 D
Karena L/D> 3 maka spesifikasi tangki horizontal dapat diterima sehingga tidak dipilih tangki dengan panjang L= 4,5784 ft = 1,3955 m(Walas, 1988) h = 0,66D = 0,66 x 1,6116 = 1,0637 ft = 0,3242 m Perhitungan tebal shell tangki : PHidrostatik = x g x l = 785 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,3242 m P0
= Tekanan operasi
Faktor kelonggaran
= 202,650 kPa = 2 atm
= 20%
Pdesign = (1,2) (101,325+3,1419) Joint efficiency (E)
= 3,1419 kPa
= 246,9502 kPa
= 0,8
(Brownel & Young,1959)
Allowable stress (S) = 11200 psia = 165648,358 KPa (Brownel & Young,1959) a. Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (246,9502 kPa) (4,4097 m) 2(11200 )(0,8) 1,2(246,9502 kPa) 0,0069 m 0,2710 in
t
Faktor korosi
= 0,125 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,2710 in + 0,125 in = 0,3960 in Tebal shell standar yang digunakan =
½
in
(Brownel & Young,1959)
b. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 0,4912 m
Ratio axis
= Lh:D
= 1: 4
Lh
Lh 1 = D 0,4912 = 0,1228 m D 4
L (panjang tangki) = Ls + 2Lh
Universitas Sumatera Utara
Ls (panjang shell)
= 1,6215 m – 2(0,1228 m) = 1,3759 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup ½ in,
LC,19 Pompa Knock-out Drum Fungsi
=
Kapasitas (M) =
Memompakan produk (Bio-oil) menuju Storage Tank (ST), 272,7238 kg/jam = 16,79 lb/detik
ρcampuran
= 979,134 kg/m3 = 61,127 lb/ft3
Laju alir (Qf)
=
M 16,79 lb/detik = 61,127 lb/ft 3 = 0,2 ft3/detik
Diameter pipa optimum (Diopt) : Diopt
= 3,9 , Qf0,45 , ρ0,13…………,…, (Timmerhaus, 2004)
Dimana : ρ camp Diopt
= 979,134
3 kg = 61,127 lb/ ft m3
= 3,9 x (0,2)0,45 x (61,127)0,13 = 1,07 in
Dari App, 5, Perry, 1997 dipilih : Nominal size pipa
= 1,5 in
Schedule
= 40 in
Inside diameter (D) = 4,026 in
= 0,3355 ft
Outside diameter
= 0,375 ft
= 4,50 in
Luas permukaan (A) = 12,7 m2
= 0,0882 ft
1, Kecepatan aliran dalam pipa (V) V=
Qf A
3
0,2 ft dtk 0,0882 ft
= 3,11
ft dtk
2, Perhitungan bilangan reynold (NRe) : NRe = =
.V .D ; dimana camp = 8,72,10 -4 1b/ft dtk 61,127 x 3,11 x 0,3355 8,72.10 4
= 73246,94 (turbulen)
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan
- panjang pipa lurus (L)
= 10 meter
- tinggi pemompaan
= 32,0 ft
- 3 elbow 900 -
Le ……………,, (Peter Tabel 1 hal 484 ) D
Le = 32 x 3 x 0,3355 = 32,2 ft - 1 Gate value open : Le 7............. ……(Peter Tabel 1, hal 484) D
Le = 7 x 1 x 0,3355 = 2,34 ft L = 32,2 ft + 2,34 ft = 34,54 ft - Dipilih pipa komersial steel
0,00015 …………,…, (Peter, 2003 ) 0 ,00015 0 ,3355 4, 47.10 4 Maka dari Fig 14-1 Peter, halaman 482 diperoleh : F = 0,0055 3, Friksi yang terjadi : (F) 1. Friksi sepanjang pipa lurus : 2.F .V 2 .L 2 x 0,0055 x 3,112 x 34,54 gc.D 32,2 x 0,3355
FL =
= 0,34 lbf ft/1bm 2. Friksi karena sambungan FLe =
2.F .V 2 .Le 2 x 0,0055 x 3,112 x 32,2 gc.D 32,2 x 0,3355
= 0,31 1bfft 1bm 3. Friksi karena kontraksi dengan K=0,5 Fc =
K .V 2 0,5 x 3,112 = 0,075 2.gc 2 x 32,2
lbfft lbm
F = FL + FLe + FC = 0,34 + 0,31 + 0,075 = 0,72
1bfft 1bm
Universitas Sumatera Utara
4, Penentuan kerja pompa (W) Berdasarkan Persamaan Bernaully :
W
g V2 . F ……………(Geankoplis, 1997) gc 2 .gc
Dimana :
maka
0
ΔV = 3,11 ft/detik ΔZ diperkirakan 16,4 ft Maka : Ws
=16,4 +
3,112 0,72 2 x 32,2
= 17,27 ft.1br 1bm Efisiensi pompa, = 70 % Wp
=
W
(Geankoplis, 2003)
η
17,27 0,7 = 24,6 ft,lbf/lbm, 5, Penentuan daya pompa (p)
=
P
=
Ws x x Qf (550ft.lbf/s.hp)
=
17,27 ft.lbf/lbm x 61,127 lb/ft 3 x 0,2 ft 3 /dtk (550ft.lbf/s.hp)
= 0,3 Hp (Digunakan daya 0,5 Hp)
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS 1. Screening (SC) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: - Temperatur
= 30°C
- Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
(Geankoplis, 1997)
- Laju alir massa (F) = 1,295.0123kg/jam Laju alir volume (Q) =
815,0661 kg / jam 1 jam / 3600s = 0,0002 m3/s 3 996,24 kg / m
Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar:
Universitas Sumatera Utara
Lebar bar = 5 mm; Tebal bar = 20 mm; Bar clear spacing = 20 mm; Slope = 30° Direncanakan ukuran screening: Panjang screen
= 2m
Lebar screen
= 2m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat. Q2
Head loss (h) =
2
2 g Cd A 2
2
(0,0035) 2 s 2 (9,8) (0,6) 2 (2,04) 2
= 2,8269.10-8 m dari air
= 0,00002830 mm dari air
2. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi : Mengendapkan lumpur yang terikut dengan air. Jumlah : 1 Jenis
: Grift Chamber Sedimentation Bahan Kontruksi
: beton kedap air
Data : : temperatur = 30 oC
Kondisi penyimpanan tekanan Laju massa air
: F = 815,0661 kg/jam
Densitas air
: 996,24 kg/m3
Laju volumetrik air, Q
= 1 atm
F 815,0661 kg/jam x 1 jam/3600 detik 3 ρ 996,24 kg/m3
= 0,0036 m3/s = 8,95 ft3/min Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :
0 = 1,57 ft/min atau 8 mm/s
Universitas Sumatera Utara
Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 10 ft Lebar tangki 2 ft Kecepatan aliran v
Q 8,95 ft 3 /min 0,4475 ft/min A t 10 ft x 2 ft
h Desain panjang ideal bak : L = K 0
v
(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft. Maka :
L = 1,5 (10/1,57) . 8,95 = 4,2755 ft
Diambil panjang bak = 4 ft
Uji desain : Waktu retensi (t) : t
Va Q
= panjang x lebar x tinggi laju alir volumetrik (4 x 2 x 10) ft 3 = 8,9385 menit 8,95 ft 3 / min Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991).
Surface loading :
Q laju alir volumetrik A luas permukaan masukan air 3 3 = 8,95 ft /min (7,481 gal/ft ) 4 ft x 2 ft
= 8,3694 gpm/ft2 Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2 (Kawamura, 1991). Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : h = K v2 2g
Universitas Sumatera Utara
= 0,12 [0,4475 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) ]2 2 (9,8 m/s2) = 0.000006 m dari air. 3. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C Jumlah
: 1
Data: Kondisi pelarutan: Temperatur = 30C Tekanan Al2(SO4)3 yang digunakan
= 1 atm = 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3
= 0,1716 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 = 1363 kg/m3 = 85,0889 lb m/ft3 Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan: Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,1716 kg/jam 24 ja /hari 30 hari 0,3 1363 kg/m 3
= 0,3021 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,3021 m3 = 0,3625 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 0,3625 m 3 πD 2 D 4 2 3 0,3625 m 3 πD 3 8 V
Maka:
D = 0,6725 m ; H = 1,0128 m
Universitas Sumatera Utara
Tinggi cairan dalam tangki =
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
(0,3021)(1,0128) (0,3625)
= 0,8440 m = 2,7691 ft
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1363 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,8440 m = 11.274,0742 Pa = 11,2741 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 11,2741 kPa + 101,325 kPa = 112,5991 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (112,5991 kPa) = 118,2290 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (118,2290 kPa)( 0,6752 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(118,2290 kPa) 0,0006 m 0,0225 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0225 in + 1/8 in = 0,1475 in Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,6752 m = 0,2251 m
E/Da = 1
; E = 0,2251 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2251 m = 0,0563 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,2251 m = 0,0450 m
J/Dt
; J = 1/12 x 0,6752 m = 0,0563 m
= 1/12
Universitas Sumatera Utara
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lb m/ftdetik
( Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
85,088910,2251 x3,28082 6,72 10 4
69.042,8211
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .D a ρ P T gc
(McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3 (1 put/det) 3 .(0,2251 3,2808 ft) 5 (85,0889 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1Hp 3,6580 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0067 Hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0067 = 0,0083 hp 0,8
Maka, digunakan motor dengan daya 0,1 hp
4. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na 2CO3) (TP-02) Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1
Data : Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C Tekanan
= 1 atm
Na2CO3 yang digunakan
= 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3
= 0,0926 kg/jam
Densitas Na2CO3 30
= 1327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1999)
Perhitungan Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0926 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1327 kg/m 3
= 0,1676 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 0,1676 m3 = 0,2011 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 0,2011 m 3 πD 2 D 4 2 3 0,2011 m 3 πD 3 8 V
Maka:
D = 0,5548 m ; H =0,8322 m
Tinggi cairan dalam tangki =
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
(0,1676)(0,8322) = 0,6935 m = 2,2752 ft (0,2011)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 1327 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,6935 m
Universitas Sumatera Utara
= 9.018,3867 Pa = 9,0184 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 9,0184 kPa + 101,325 kPa = 110,3434 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (110,3434 kPa) = 115,8606 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (115,8606 kPa) (0,5548 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(115,8606 kPa)
t
0,0005 m 0,0178 in Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0178 in + 1/8 in = 0,1428 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 0,5548 m = 0,1849 m
E/Da = 1
; E = 0,1849 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,1849 m = 0,0462 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,1849 m = 0,0370 m
J/Dt
; J
= 1/12
= 1/12 x 0,5548 m = 0,0462 m
dengan : Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 3,6910-4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1997)
82,84510,1849 x3,28082 3,69 10 4
82.641,9628
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .D a ρ P T gc
( McCabe,1999)
KT = 6,3
(McCabe,1999)
6,3.(1 put/det) 3 .(3,2808 0,1849 ft) 5 (82,845 lbm/ft 3 ) 32,174 lbm.ft/lbf.det 2 1hp 1,3335 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 0,0024 hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0024 = 0,003 hp 0,8
Maka, digunakan motor dengan daya 0,05 hp
5. Clarifier (CL) Fungsi
: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Data: Laju massa air (F1)
= 815,0661kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,1716 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,0926 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju massa total, m
= 815,1289 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3
= 2.710 kg/m3
(Perry, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2.533 kg/m3
(Perry, 1999)
3
(Perry, 1999)
Densitas air
= 996,2 kg/m
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Perhitungan: Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air = 3-10 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 3 m, waktu pengendapan = 1 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan,
815,0661 815,1289 0,1716 0,0926 995,68 2.710 2.533
= 995,7278 kg/m3 Volume cairan, V =
815,0661 kg / jam 1 jam 3,45 m 3 995,7278
V = 1/4 D2H 1/ 2
4V 1 / 2 4 3,45 D= ( ) H 3,14 3
1,21 m
Maka, diameter clarifier = 1,21 m Tinggi clarifier
= 1,5 D = 1,81 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l = 995,7278 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3 m = 29,2744 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 29,2744 kPa + 101,325 kPa = 130,5994 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (130,5994 kPa) = 137,1294 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (137,1294 kPa) (1,21 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(137,1294 kPa) 0,0012 m 0,0457 in
t
Faktor korosi
= 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,0457 in + 1/8 in = 0,1707 in
Desain torka yang diperlukan untuk operasi kontinu yang diperlukan untuk pemutaran (turnable drive) :
(Azad, 1976) 2
T, ft-lb = 0,25 D LF Faktor beban (Load Factor) : 30 lb/ft arm (untuk reaksi koagulasi sedimentasi ) Sehingga :
T = 0,25 [(1,21 m).(3,2808 ft/m) ]2.30 T = 112,4423 ft-lb
Daya Clarifier P = 0,006 D2 dimana:
(Ulrich, 1984)
P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga, P = 0,006 (1,21)2 = 0,0088 kW = 0,0118 Hp Maka daya yang dipilih 1/8 hp
6. Tangki Filtrasi (TF) Fungsi
: Menyaring partikel – partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Jumlah
: 1
Data : Kondisi penyaringan : Temperatur = 30°C
Universitas Sumatera Utara
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 815,0661kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1585 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring ¼ volume tangki
Ukuran Tangki Filter Volume air, Va
815,0661 kg/jam 0,25 jam 995,68 kg/m 3
= 0,2047 m3
Volume total = 5/4 x 0,8615 m3 = 0,2581 m3 Faktor keamanan 20 %, volume tangki = 1,2 x 0,2581 = 0,3069 m3 - Volume silinder tangki (Vs) =
.Di 2 Hs 4
Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 1 : 2 V=
.Di 2 Hs 4
1,2923 m3 =
.Di 2 2 ( D) 2 1
Di = 0,24421 m; H = 0,5843 m Tinggi tutup = ¼ x (0,24421) = 0,146 m Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4 Tinggi tutup tangki = ¼ (0,5843 ) = 0,146 m Tekanan hidrostatis, Phidro
= x g x l = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,1456 m = 20.935,8496 Pa = 20,9358 kPa
P penyaring
= x g x l = 2089,5 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,8046 m = 16.475,7218 Pa = 16,4757 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Universitas Sumatera Utara
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 20,9358 kPa + 16,4757 kPa + 101,325 kPa = 138,7366 kPa Maka, Pdesign = (1,05) (138,7366 kPa) = 145,6734 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87218,714 kP
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki :
PD 2SE 1,2P (145,6734 kPa) (1,0728 m) (87.218,714 kPa)(0,8) 0,6.(145,6734 kPa)
t
0,0011 m 0,0419 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0419 in 7. Tangki Utilitas-01 (TU-01) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi penyimpanan
: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Laju massa air
= 815,0661 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 6 jam Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, Va
815,0661 kg/jam 6 jam = 4,91 m3 995,68 kg/m 3
Volume tangki, Vt = 1,2 20,6763 m3 = 5,89 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
1 πD 2 H 4 1 3 5,89 m 3 πD 2 D 4 2 3 5,89 m 3 πD 3 8 V
D = 1,71 m ; Tinggi cairan dalam tangki
H = 2,57 m =
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(4,91 )(2,57) = 2,14 m (5,89)
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = x g x l
= 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,14 m = 20,86 kPa
Tekanan operasi, Po = 1 atm = 101,325 kPa Poperasi = 20,86 + 101,325 kPa = 122,1893 kPa Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05)( 122,1893) = 128,2988 kPa Faktor korosi = 1/8 in. Umur tangki = 10 tahun Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
t
PD xnc 2SE 1,2P
(128,2988 kPa) (1,71 m) x10 x0.8 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(128,2988 kPa) 0,0126 m 0,4958 in
t
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,4958 in
8. Tangki Utilitas -02 (TU-02)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: menampung air untuk didistribusikan ke domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Kondisi operasi : Temperatur
= 30C
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 784 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3
(Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 24 jam = 20
Faktor keamanan Perhitungan: a. Volume tangki Volume air, Va
784 kg/jam 24 jam = 18,8976 m3 995,68 kg/m 3
Volume tangki, Vt = 1,2 18,8976 m3 = 22,6772 m3 b. Diameter tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H =2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 22,6772 m 3 πD 2 D 4 2 3 22,6772 m 3 πD 3 8 V
Maka, D = 2,68 m H = 4,02 m
18,8976 m 3 x 4,02 m = 3,35 m Tinggi air dalam tangki = 22,6772 m 3 c. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P = xgxh = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,35 m = 32,6938 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Universitas Sumatera Utara
Ptotal = 32,6938 kPa + 101,325 kPa = 134,0188 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (134,0188 kPa) = 140,7197 kPa Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kP
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
PD 2SE 1,2P (140,7197 kPa) (2,68 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(140,7197 kPa) 0,00271 m 0,10654 in
t
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,10654 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell,1959)
9. Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05) Fungsi
: Membuat larutan kaporit [Ca(ClO)2]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C Kondisi operasi: Temperatur
= 30 C
Tekanan
= 1 atm
Ca(ClO)2 yang digunakan
= 2 ppm
Ca(ClO)2 yang digunakan berupa larutan 70 ( berat) Laju massa Ca(ClO)2
= 0,0022 kg/jam
(Perhitungan BAB VII)
Densitas Ca(ClO)2 70
= 1272 kg/m3 = 79,4088 lb m/ft3
Kebutuhan perancangan
= 90 hari
Faktor keamanan
= 20
(Perry, 1997)
Perhitungan a. Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
0,0022 kg / jam 24 jam / hari 90 hari = 0,0054 m3 3 0,7 1272 kg / m
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 0,0054 m3 = 0,0065 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
1 V D 2 H 4 1 3 0,0065 m 3 D 2 D 4 2 3 0,0065 m 3 D 3 8 Maka: D = 0,18 m ; H = 0,27 m Tinggi cairan dalam tangki
=
(0,0054)(0,27) = 0,22 m (0,0065)
b. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P hidrostatik = x g x h = 1272 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,22 m = 2,7568 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa Tekanan total P total = 2,7568 kPa + 101,325 kPa = 104,0818 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (104,0818 kPa) = 109,2859 kPa Joint efficiency = 0,8 Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kP Tebal shell tangki: PD 2SE 1,2P (109,2859 kPa) (0,18 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8) 1,2(109,2859 kPa) 0,00014 m 0,00546 in
t
Faktor korosi = 1/8 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,00546 in + 1/8 in = 0,1305 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in c. Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Universitas Sumatera Utara
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,18 m = 0,06 m = 0,19 ft E/Da = 1
; E = 0,06 m
L/Da = ¼
; L = 1/4 x 0,06 m = 0,015 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,06 m = 0,012 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 0,18 m = 0,015 m dengan : Dt
= diameter tangki
Da
= diameter impeller
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/det Viskositas kalporit
= 6,719710 -4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Da 2
N Re
(Pers. 3.4-1, Geankoplis, 1983)
79,408810,192 6,7194 10 4
8850
NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
K .n 3 .D a ρ P T N Re g c
KT P
= 6,3 6,3.(1 put/det) 3 .(0,19 ft) 5 (79,4088 lbm/ft 3 ) 1hp x 3 2 550 ft.lbf/det (8,85.10 )(32,17 lbm.ft/lbf.det )
1,73.10 9 hp
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
1,73.10 9 = 2,1659.10-9 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 hp
Universitas Sumatera Utara
10. Water Cooling Tower (WCT) Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 60C menjadi 30C
Jenis
: Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–53 Grade B Jumlah unit
: 6 unit
Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (TL2)
= 60 C = 140 F
Suhu air keluar menara (TL1)
= 30 C = 86 F
Suhu udara (TG1)
= 30 C = 86F
Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh suhu bola basah, Tw = 78F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,022 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 1,25 gal/ft2menit Densitas air (60C)
= 983,24 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 815,0661 kg/jam
(Perry, 1999)
Laju volumetrik air pendingin = 815,0661/ 983,24 = 0,8289 m3/jam Kapasitas air, Q = 0,8289 m3/jam 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam = 3,6497gal/menit Faktor keamanan = 20% Luas menara, A = 1,2 x (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 x (3,6497 gal/menit) /(1,25 gal/ft2. menit)= 3,503 ft2 Laju alir air tiap satuan luas (L) =
(815,0661 kg/jam).(1 jam).(3,2808 ft) 2 (3,503 ft 2 ).(3600 s).(1m 2 )
= 0,6955 kg/s.m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 0,5796 kg/s.m2 Perhitungan tinggi menara : Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis, 1997 : Hy1 = (1,005 + 1,88 x 0,022).103 (30 – 0) + 2,501.106 (0,022) = 84,320 .103 J/kg
Universitas Sumatera Utara
Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis, 1997 : 0,5796 (Hy2 – 86,412. 103) = 0,6955 (4,187.10 3).(60-30) Hy2 = 245,1008.10 3 J/kg 600
entapi.10^-3
500 400 garis kesetimbangan
300
garis operasi
200 100 0 10
20
30
40
50
60
70
suhu
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z =
G M.kG.a.P
Hy 2
.
Hy1
dHy Hy * Hy
(Geankoplis, 1997)
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy
hy*
1/(hy*-hy)
150
180
0.03333
170
220
0.02000
210
330
0.00833
245.10088
462
0.00461
Universitas Sumatera Utara
0.035 0.03
1/(hy*-hy)
0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 100
150
200
250
300
hy
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) Hy 2
Luasan daerah di bawah kurva dari pada Gambar LD.3:
Hy1
dHy Hy * Hy
= 1,4575
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Maka ketinggian menara , z =
0,5796
(1,4575)
29 (1,207.10-7)(1,013.10 5) = 2,38 m = 2,4 m Diambil
performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry, 1999,
diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 196,0287 ft2 = 5,2833 hp Digunakan daya standar 6 hp 11. Pompa Screening (PU-01) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak penampungan (water reservoar)
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 oC Laju alir massa (F) Densitas air ()
= 815,0661 kg/jam = 995,68 kg/m
3
= 0,4991 lbm/s = 62,1586 lbm/ft3
Universitas Sumatera Utara
Viskositas air ()
= 0,8007cP
Laju alir volumetrik (Q) =
= 0,0005 lbm/ft.s
0,4991 lbm / s = 0,008 ft3/s 62,1586 lbm / ft 3
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13 3
= 3,9 (0,008 ft /s )
(Timmerhaus,1991) 0,45
3 0,13
( 62,1586 lbm/ft )
= 0,76 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal
: 1,5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,61 in = 0,1342 ft
Diameter Luar (OD)
: 1,9 in = 0,16 ft
Inside sectional area
: 0,03322 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,008 ft 3 / s = 0,2417 ft/s 0,03322 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(62,1586 lbm / ft 3 )(1,0176 ft / s )(0,1342 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 4.931,8268 Karena NRe > 4000, maka aliran turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,00015 Pada NRe = 16.972,6689 dan /D =
0,00015 ft = 0,001125 0,1342 ft
maka harga f = 0,0065
(Geankoplis,1997)
Friction loss :
A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 = 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
1,01762 2132,174
1,0176 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
= 0,008 ft.lbf/lbm
= 0,024 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
1,0176 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,03218 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0065)
50. 1,01762 0,1342.2.32,174
= 0,16 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
= 1 0
1,0176 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,02 ft.lbf/lbm = 0,24 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
P P1 2 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 50 ft maka : Ws = 0,24 ft.lbf/lbm + 1 lbf/lbm (50 ft) + 0 = 50,236 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = x Wp
Ws 50,236 Wp
= 0,8 x Wp = 62,796 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 3.431,1611 lbm / s 62,796 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 0,2399 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,5 hp Dari perhitungan pompa di atas maka diperoleh hasil perhitungan untuk pompa yang lain seprti bawah ini :
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.1 Spesifikasi untuk pompa – pompa utilitas Nama Pompa
Laju Volum
Diameter
Kecepatan
Daya
(ft3/sec)
Pipa (inch)
(ft/sec)
Motor (hp)
P.Screening (PU-01)
0,0338
11
2
P.Sedimentasi (PU-02)
0,0338
11
2
P.Alum (PU-03)
1,235.10 -6
P.Soda (PU-04)
6,85. 10-7
P. Sand Filter (PU-05)
1,0176
1
1,0176
1
1/8
0,0031
1/8
1/8
0,0017
1/8
0,0338
11
2
1,0176
1
0,0338
11
2
1,0176
1
P. Utilitas (PU-07)
0,0077
¾
2,082
1/8
P.Kaporit (PU-08)
1,727. 10-8
1/8
4,319. 10-5
1/8
P.Domestik (PU-09)
0,005
1
1,5394
1/4
P.Air Pendinggin (PU-10)
0,0256
11
1,8169
1/4
P.air ke Cooling tower (PU-06)
2
2
2
2
2
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI
Dalam rencana Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bio-oil dari Batang jagung melalui Proses Pyrolysis kapasitas 2.250 ton/tahun digunakan ketentuan sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 2.250 ton/tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters and Timmerhaus. 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar Dollar terhadap Rupiah adalah:
Universitas Sumatera Utara
US$ 1 = Rp 9.168.- (Anonim,2012).
LE.1
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
LE.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) LE.1.1.1 Biaya Tanah Lokasi Pabrik Menurut keterangan masyarakat setempat. biaya tanah pada lokasi pabrik Rp 150.000/m2. Luas tanah keseluruhan
= 14.900 m2
Harga tanah seluruhnya
= 14.900 m2 x Rp 150.000/m2 = Rp 2.235.000.000 .-
Biaya perataan tanah diperkirakan 5% dari harga tanah seluruhnya (Peters and Timmerhaus. 2004). Biaya perataan tanah
= 0,05 x Rp 2.235.000.000.= Rp 144.750.000 .-
Maka total biaya tanah
= Rp 2.235.000.000 + Rp 144.750.000 = Rp 2.379.750.000 .-
LE.1.1.2 Harga Bangunan Rincian harga bangunan dan sarana pabrik seperti dalam Tabel LE.1 dibawah ini.
No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan dan Sarana Lainnya Luas Harga Jumlah Nama Bangunan/Sarana (m2) (Rp/m2) (Rp) Pos Keamanan 20 1.000.000 20.000.000 Rumah timbangan 20 1.000.000 20.000.000 Tempat Parkir(*) 250 1.000.000 250.000.000 Taman(*) 100 1.250.000 125.000.000 Area Bahan Baku 2000 1.500.000 3.000.000.000 Ruang Kontrol 100 1.800.000 180.000.000 Area Proses 5000 2.000.000 10.000.000.000 Area Produk 1000 1.500.000 1.500.000.000
Universitas Sumatera Utara
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Jumlah
Perkantoran Laboratorium Poliklinik Kantin Tempat Ibadah Perpustakaan Gudang Peralatan Bengkel Unit Pemadam Kebakaran Pengolahan Air Unit Pembangkit Listrik Perumahan Karyawan Daerah Perluasan Jalan(*)
100 100 60 50 50 50 100 100 100 800 500 2000 1500 800 14.900
1.250.000 1.250.000 1.000.000 1.000.000 1.250.000 1.000.000 1.250.000 1.250.000 1.000.000 1.250.000 2.000.000 1.500.000 500.000 800.000 -
125.000.000 125.000.000 60.000.000 50.000.000 62.500.000 50.000.000 125.000.000 125.000.000 100.000.000 1.000.000.000 1.000.000.000 3.000.000.000 750.000.000 640.000.000 22.407.500.000
Harga bangunan saja = Rp 21.392.500.000.(*) Harga sarana
= Rp 1.015.000.000 .- (parkir. taman. dan areal perluasan)
Total biaya bangunan dan sarana (B) = Rp 22.407.500.000.LE.1.1.3 Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang diimpor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Peters and Timmerhaus. 2004): Cx
X C y 2 X1
m
Ix I y
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2010 Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix
= indeks harga pada tahun 2010
Iy
= indeks harga pada tahun yang tersedia
m
= faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2011 digunakan metode regresi koefisien korelasi:
Universitas Sumatera Utara
r
n . ΣX i .Yi ΣX i . ΣYi 2
(Montgomery. 1985)
2
(n . ΣX i (ΣX i ) 2 ) (n . ΣYi (ΣYi ) 2 )
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Tahun 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
all industri 814 852 895 915.1 930.6 943.1 964.2 993.4 1027.5 1039.1 1056.8 1061.9 1068.3 1089 1093.9 1102.5
Xi 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Yi 814 852 895 915.1 930.6 943.1 964.2 993.4 1027.5 1039.1 1056.8 1061.9 1068.3 1089 1093.9 1102.5
Xi . Yi 1617418 1693776 1780155 1821049 1852824.6 1878655.2 1921650.6 1980839.6 2049862.5 2074043.6 2110429.6 2121676.2 2135531.7 2178000 2188893.9 2207205
31912
15846.4
31612010.5
Sumber: Tabel 6-2. Timmerhaus et al. 2004 n = 16 ∑Xi = 31912 ∑XiYi
= 110.204
∑Xi² = 1.015
Yi 2
Xi 2
3948169 3952144 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049 3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000 4004001 4008004
662596 725904 801025 837408.01 866016.36 889437.61 929681.64 986843.56 1055756.25 1079728.81 1116826.24 1127631.61 1141264.89 1185921 1196617.21 1215506.25
63648824
15818164.4
∑Yi
= 15846.4
∑Yi²
= 14.436.786
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LD.2. maka diperoleh harga koefisien korelasi: r =
(16) . (31612010.5) –
(31912)(15846.4)
[(16). (63648824) – (31912)²] x [(16)(15818164.4) – (15846.4)² ]½ 0,98 1
Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y. sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier. Y = a + b X dengan:
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2011)
Universitas Sumatera Utara
X
= variabel tahun ke n – 1
a. b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh : b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
a
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery. 1992)
Maka : b = 16 .( 31612010.5) – (31912)(15846.4) 16. (63648824) – (31912)²
= 53536 3185
= 16.8088 a = (15846.4)( 63648824) – (31912)(31612010.5) = - 103604228 14. (63648824) – (31912)² 3185 = -36351.92 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+bX Y = 18.723X – 36351.92 Dengan demikian. harga indeks pada tahun 2011 adalah: Y = 18.723(2011) – 36351.92 Y = 1299.3237 Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4. Timmerhaus et al. 2004. Untuk alat yang tidak tersedia. faktor eksponensialnya dianggap 0.6 (Timmerhaus et al. 2004) Contoh perhitungan harga peralatan: Pompa Produk (PU) Diameter pipa
: 3/8 in
Material
: Stainless steel 304
Harga
: US$ 300
Faktor eksponen (m):
0.33
(Peters and Timmerhaus. 2004)
Universitas Sumatera Utara
Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1.256.8703. Maka estimasi harga pompa untuk (X2) dengan diameter pipa 3/8 in (0.375 in) adalah: Cx
0,375 = US$ 300 x 0,375
0,33
1.256,8703 1.206,4440
x
Cx = US$ 313 Cx = Rp 2.840.982.- /unit Estimasi hasil perhitungan harga setiap alat yang digunakan dalam pabrik pembuatan Bio-oil dapat dilihat pada tabel LE.3 dibawah ini. Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses
1
BK -101
U Kategor ni i t 1 NI
2
BE -102
1
I
3
KC -103
1
I
41.238.451 38.918.712
41.238.451 38.918.712
4
VS -104
1
I
22.556.884
22.556.884
5
BC -105
1
I
35.988.687
35.988.687
6
R-201
1
I
87.102.455
87.102.455
7
C-202
1
I
35.681.964
35.681.964
8
E-204
1
I
33.523.586
33.523.586
9
CY-205
1
I
42.121.523
42.121.523
10
TK-206
1
I
8.522.946
8.522.946
11
E-207
1
I
17.992.885
17.992.885
12
KO-208
1
I
27.102.455
27.102.455
13
TK-301
1
NI
11.098.897
11.098.897
14
TK-302
1
NI
15.098.897
15.098.897
15
TK-303
1
NI
10.098.897
10.098.897
16
PU-401
1
NI
6.840.982
6.840.982
17
BL-402
1
NI
9.367.485
9.367.485
18
BL-403
1
NI
7.004.198
7.004.198
No .
Kode
Jumlah ()
Harga/Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
6.223.029
6.223.029
Rp 456.482.933
Keterangan: I untuk peralatan impor. sedangkan NI untuk peralatan non impor.
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas No. 1
Kode BS
Unit 1
Kategori NI NI
Harga/Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
13.612.526
13.612.526
3.889.293
3.889.293
65.694.828
65.694.828
51.889.293
51.889.293
2
PU-01
1
3
CL
1
I
PU-02
1
NI
TU-01
1
NI
1.944.647
1.944.647
6
PU-03
1
NI
1.972.323
1.972.323
7
TU-02
1
NI
1.944.647
1.944.647
8
PU-04
1
NI
1.972.323
1.972.323
SF
1
I
23.111.434
23.111.434
10
PU-05
1
NI
3.889.293
3.889.293
11
MA
1
I
80.597.596
80.597.596
12
PU-06
1
NI
3.889.293
3.889.293
WCT
1
I
10.408.667
10.408.667
PU-07
1
NI
4.403.131
4.403.131
15
PU-09
1
NI
3.403.131
3.403.131
16
TU-03
1
NI
3.944.647
3.944.647
PU-08
1
NI
1.872.323
1.872.323
TAD
1
NI
5.139.111
5.139.111
PU-10
1
NI
4 5
9
13 14
17 18 19
2.358.485
2.358.485 285.936.991 Jumlah () Keterangan: I untuk peralatan impor. sedangkan NI untuk peralatan non impor. Harga peralatan proses impor
= Rp 390.750.548 .-
Harga peralatan utilitas impor
= Rp 156.701.091 .-
Harga peralatan impor
= Rp.390.750.548 + Rp 156.701.091 = Rp 547.451.639 .-
Harga peralatan proses non-impor
= Rp 65.732.382 .-
Harga peralatan utilitas non-impor
= Rp 129.235.900 .-
Harga peralatan non-impor
= Rp 65.732.382 + Rp 129.235.900 = Rp 194.968.285 .-
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: Biaya transportasi
= 12.0
Universitas Sumatera Utara
Biaya asuransi
= 1.0
Bea masuk
= 15.0
PPn
= 10.0
Biaya gudang di pelabuhan
= 0.5
Biaya administrasi pelabuhan = 0.5 Biaya instalasi listrik
= 3.0
Biaya tak terduga
= 0.5
Total
= 43
+
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: PPn
= 10.0
PPh
= 10.0
Transportasi lokal
= 0.5
Biaya tak terduga
= 0.5
Total
= 21 %
+ (Peters and Timmerhaus. 2004)
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah = (1,43 x Rp 547.451.639) + (1,21 x Rp 194.968.285) =
Rp 1.016.030.210 .-
Biaya pemasangan diperkirakan 10 dari total harga peralatan (Peters and Timmerhaus. 2004). Biaya pemasangan
= 0,10 x Rp 1.016.030.210 = Rp 101.603.021.-
Harga peralatan + biaya pemasangan (C) : = Rp 1.016.030.210 + Rp 101.603.021 = Rp 1.117.633.231.1.1.4
Instrumentasi dan Alat Kontrol
Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 30 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,3 x Rp 1.016.030.210 = Rp 304.809.063 .-
Universitas Sumatera Utara
1.1.5
Biaya Perpipaan
Diperkirakan biaya perpipaan 80 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya perpipaan (E) = 0,8 x Rp 1.016.030.210 = Rp 812.824.168 .1.1.6
Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 20 dari total harga peralatan
(Timmerhaus et al. 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 x Rp 1.016.030.210 = Rp 203.206.042 .1.1.7
Biaya Insulasi
Diperkirakan biaya insulasi 25 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya insulasi (G) = 0,25 x Rp 1.016.030.210 = Rp 254.007.553 .1.1.8
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 5 dari total harga peralatan
(Timmerhaus et al. 2004). Biaya inventaris kantor = 0,05 x Rp 1.016.030.210 = Rp 50.801.511 .1.1.9
Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2 dari total
harga peralatan (Timmerhaus et al. 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,02 x Rp 1.016.030.210
= Rp 20.320.604 .1.1.10 Biaya Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan. perusahaan memberi fasilitas sarana transportasi ( J ) seperti pada tabel berikut. Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi No.
Kendaraan
Unit
Jenis
Harga/unit (Rp)
Harga Total (Rp)
Universitas Sumatera Utara
1
Mobil Komisaris
1
Fortuner G New
398.650.000
398.650.000
2
Mobil Direktur
1
Fortuner G New
398.650.000
398.650.000
3
Mobil Manager
3
Grand New Innova J
211.250.000
633.750.000
4 5 6 7
Bus Karyawan Truk Mobil Pemasaran Mobil Pemadam Kebakaran
2 3 3 2
Bus Truk New Avanza E Truk Tangki
227.500.000 300.000.000 156.900.000 350.000.000
455.000.000 900.000.000 470.700.000 700.000.000 3.558.100.000
Jumlah () Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 31.108.952.172 .1.2
Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1
Pra Investasi (biaya survey. perizinan. studi kelayakan. dan lain-lain)
Diperkirakan 10 dari total harga peralatan (Peters et.al.. 2004). Pra investasi (a)
= 0,10 x Rp 1.016.030.210 = Rp 101.603.021 .-
1.2.2
Biaya Engineering dan Supervisi
Diperkirakan 5 dari total harga peralatan (Peters et.al.. 2004). Biaya E. dan S. (b) 1.2.3
= 0,05 x Rp 1.016.030.210
= Rp 50.801.511 .Biaya Legalitas
Diperkirakan 1 dari total harga peralatan (Peters et.al.. 2004). Biaya legalitas (c)
= 0,01 x Rp 1.016.030.210 = Rp 10.160.302 .-
1.2.4
Biaya Kontraktor
Diperkirakan 5 dari total harga peralatan (Peters et.al.. 2004). Biaya kontraktor (d) = 0,05 x Rp 1.016.030.210 = Rp 50.801.511 .1.2.5
Biaya Tak Terduga
Diperkirakan 15 dari total harga peralatan (Peters et.al.. 2004). Biaya tak terduga (e) = 0,15 x Rp 1.016.030.210 = Rp 152.404.532 .-
Universitas Sumatera Utara
Total MITTL
= (a) + (b) + (c) + (d) + (e) = Rp 365.770.876 .-
Maka. total modal investasi tetap (MIT) adalah: Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 31.108.952.172 + Rp 365.770.876 = Rp 31.474.723.048.-
2 MODAL KERJA Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari). 2.1
Persediaan Bahan Baku Proses
2.1.1 Bahan baku proses 1. Batang jagung Kebutuhan
= 637.3188 Kg
Harga
= Rp 300.000.-/ton = Rp 300.-/kg (karena batang jagung tidak ada
nilainya. maka harga hanya dibebankan pada biaya transportasi) Harga total
= 90 hari x 24 jam/hari x 651. 3199 kg/jam x Rp 300.-/kg = Rp 412.982.582 .-
2.1.2 Persediaan Bahan Baku Utilitas a.
Alumunium Sulfat [Al2(SO4)3] Kebutuhan = 1.555 kg/jam Harga
= Rp 1.100.-/kg
(Anonim. 2011)
Harga total = 90 hari x 24 jam/hari x 1.555 kg/jam x Rp 1.100.-/kg = Rp 3.694.680 .b. Natrium Karbonat [Na2CO3] Kebutuhan = 0,093 kg/jam Harga
= Rp 2.500.-/kg
(Anonim. 2012)
Harga total = 90 hari x 24 jam/hari x 0.1336 kg/jam x Rp 2.500.-/kg = Rp 502.200 .c. Kalsium Hipoklorit [Ca(ClO)2] Kebutuhan = 0,3019 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Harga
= Rp 9.500.-/kg
(Anonim. 2012)
Harga total = 90 hari x 24 jam/hari x 0.3019 kg/jam x Rp 9.500.-/kg = Rp 6.194.988 .Total biaya persediaan bahan baku utilitas selama 3 bulan (90 hari): = Rp 3.694.680 + Rp 502.200 + Rp 6.194.988 = Rp 10.391.868 .Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) = Rp 412.982.582 + Rp 10.391.868 = Rp 423.374.450 .Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 330 hari(1tahun) = 330 x Rp 423.374.450 90
= Rp 1.552.372.985.-
2.2 Kas 2.2.1 Gaji Pegawai Daftar rincian gaji karyawan pabrik pembuatan asetat anhidrat seperti dalam Tabel LE.6 dibawah ini. Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai Jabatan
Jumlah
Gaji/Bulan (Rp)
Gaji Total (Rp)
Dewan Komisaris
1
11.000.000
11.000.000
Direktur
1
12.000.000
12.000.000
Staf Ahli
1
7.000.000
7.000.000
Sekretaris Direktur
1
3.000.000
3.000.000
Manajer Produksi
1
6.000.000
6.000.000
Universitas Sumatera Utara
Manajer Teknik
1
6.000.000
6.000.000
1
6.000.000
6.000.000
Sekretaris Manajer
3
2.500.000
7.500.000
Ka. Bag. Produksi
1
5.000.000
5.000.000
Ka. Bag. Teknik
1
5.000.000
5.000.000
Ka. Bag. Umum dan Personalia
1
5.000.000
5.000.000
Ka. Bag. Adm. dan Keuangan
1
5.000.000
5.000.000
1
5.000.000
5.000.000
Ka. Bag. Utilitas
1
5.000.000
5.000.000
Ka. Seksi Proses
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Utilitas
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Mesin
1
4.000.000
4.000.000
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi QA dan QC
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Pemeliharaan
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Personalia
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Keamanan
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Humas
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Adm. dan Keuangan
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Pembelian
1
4.000.000
4.000.000
Ka. Seksi Penjualan
1
4.000.000
4.000.000
Karyawan Produksi
30
2.500.000
75.000.000
Karyawan Teknik
9
2.500.000
22.500.000
Karyawan Utilitas
6
2.500.000
15.000.000
Manajer Umum. Adm. dan Keuangan
Ka. Bag. Pembelian dan Pemasaran
Ka. Seksi Listrik dan Instrumentasi
Universitas Sumatera Utara
Karyawan QA dan QC
9
2.500.000
22.500.000
5
2.500.000
12.500.000
Karyawan Keuangan dan Adm.
6
2.500.000
15.000.000
Karyawan Personalia
6
2.500.000
15.000.000
2
2.500.000
5.000.000
Dokter
1
3.500.000
3.500.000
Perawat
2
2.000.000
4.000.000
Petugas Keamanan/Satpam
9
2.000.000
18.000.000
Petugas Kebersihan
3
1.300.000
3.900.000
Supir
5
1.800.000
9.000.000
Karyawan Riset dan Pengembangan
Karyawan Pembelian dan Pemasaran
Total
121
357.400.000
Total gaji pegawai selama 1 bulan
= Rp 357.400.000.-
Total gaji pegawai selama 3 bulan
= Rp 1.072.200.000.-
2.1 Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 5 dari gaji pegawai
= 0,05 x Rp 1.072.200.000 = Rp 53.610.000 .-
2.2 Biaya Pemasaran Diperkirakan 5 dari gaji pegawai
= 0,05 x Rp 1.072.200.000 = Rp 53.610.000.-
2.3 Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut: Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).
Universitas Sumatera Utara
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00). Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97). Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000.- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97). Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97). Maka berdasarkan penjelasan di atas. perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut: Wajib Pajak Pabrik Bio-oil dari Batang jagung Nilai Perolehan Objek Pajak
Tanah
Rp
2.235.000.000
Bangunan Rp
4.020.000.000
Total NJOP
Rp
6.255.000.000
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
Rp.
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
6.225.000.000
Pajak yang Terutang (20% x NPOPKP)
Rp
1.245.000.000 .
30.000.000. -
Tarif Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) 0,5 % x 1.245.000.000 = Rp 6.225.000 Pajak Bumi dan Bangunan per 3 bulan = 3/12 x Rp 6.225.000 = Rp 1.556.250 Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas per 3 bulan No. 1. 2. 3. 4.
2.3
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan
Jumlah (Rp) 1.072.200.000 53.610.000 53.610.000 1.556.250
Total
1.180.976.250
Biaya Start-Up
Diperkirakan 12 dari Modal Investasi Tetap (Peters and Timmerhaus. 2004)
Universitas Sumatera Utara
Biaya start-up
= 0,12 x Rp 31.474.723.048 = Rp 3.776.966.766
2.4
Piutang Dagang
PD =
IP x HPT 12
(Peters and Timmerhaus. 2004)
Dimana: PD
= Piutang Dagang
IP
= Jangka waktu kredit yang diberikan (3 bulan)
HPT = Hasil Penjualan Tahunan Penjualan : 1. Harga Jual Bio-oil=Rp 6.500.-/liter Densitas Bio-oil = 1.2 kg/liter Harga Jual = Rp 6.500.-/liter x 1.2 kg/liter = Rp 7.800 kg Produksi
= 272.7272 kg/jam
Hasil penjualan Bio-oil tahunan = 272,7272 kg/jam x 24 jam/hari x 330 hari/tahun x Rp 7.800 kg = Rp 16.847.995.507,-
2. Harga Jual Arang (C) = Rp 5.000.-/kg Produksi
(Anonim,2012)
= 267.3202 kg/jam
Hasil penjualan Arang (C) tahunan; = 267.3202kg/jam x 24 jam/hari x 330 hari/tahun x Rp 5.000.-/kg = Rp 10.585.879.920,Hasil penjualan total tahunan; HPT total = Rp 16.847.995.507 + 10.585.879.920 = Rp 27.433.875.427 .Maka. Piutang Dagang =
3 x Rp 27.433.875.427 12
= Rp 6.858.468.857
Universitas Sumatera Utara
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1 2 3 4
Jenis Biaya Bahan baku proses dan utilitas Kas Start-Up Piutang Dagang Total
Modal kerja total dalam 1 tahun adalah
Jumlah (Rp) 423.374.450 1.180.976.250 3.776.966.766 6.858.468.857 12.239.786.323 = Rp.12.239.786.323 .-
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 31.474.723.048 + Rp 12.239.786.323 = Rp 43.714.509.371 .Modal ini berasal dari: Modal sendiri
= 60 dari total modal investasi = 0,6 x Rp Rp 43.714.509.371 = Rp 26.228.705.623 .-
Pinjaman dari Bank = 40 dari total modal investasi = 0,4 x Rp Rp 43.714.509.371 3
= Rp 17.485.803.748 .BIAYA PRODUKSI TOTAL
3.1
Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)
3.1.1 Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 1 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan. sehingga; Gaji total (P) = (12 + 1) x Rp 357.400.000 = Rp 4.646.200.000 .3.2 Bunga Pinjaman Bank Bunga Bunga pinjaman bank adalah 13,5 % dari total pinjaman (Bank Mandiri. 2011). Bunga bank (Q = 0,135 x Rp 17.485.803.748 = Rp 2.360.583.506 .-
Universitas Sumatera Utara
3.3
Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa
manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan. menagih. dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Riyanto. 1978). Pada perancangan pabrik ini. dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia No.17 Tahun 2000 Pasal 11 ayat 6 dapat dilihat pada Tabel LD.9. Tabel LE.9 Biaya Depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No.17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(Tahun)
(%)
4
25
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan bangunan kelompok 1
Mesin kantor. perlengkapan. alat perangkat/ tools industri.
kelompok 2
8
12.5
Mobil. truk kerja
kelompok 3
16
6.25
Mesin
industi
kimia.
Mesin
industri mesin II. Bangunan permanen
20
5
Bangunan. sarana dan penunjang
(Sumber : UU Republik Indonesia No.17 Tahun 2000. 2000) Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D =
PL n
(Riyanto. 1978)
dimana: D = depresiasi per tahun P = harga awal peralatan L = harga akhir peralatan n = umur peralatan (tahun)
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000
Universitas Sumatera Utara
Komponen
Biaya (Rp)
Umur (tahun)
Depresiasi (Rp)
Bangunan dan Sarana
22.407.500.000
20
1.120.375.000
Peralatan proses
1.117.633.231
20
55.881.662
304.809.063
10
30.480.906
Perpipaan
812.824.168
10
81.282.417
Instalasi listrik
203.206.042
15
13.547.069
insulasi
254.007.553
10
25.400.755
Inventaris kantor
50.801.511
5
10.160.302
20.320.604
5
4.064.121
3.558.100.000
5
-
-
711.620.000 2.052.812.232
Instrumentrasi dan pengendalian proses
Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi. sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan. menagih. dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UU RI Pasal 11 ayat 1 No.17 Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Riyanto. 1978). Untuk masa 4 tahun. maka biaya amortisasi adalah 3 dari MITTL. sehingga: Biaya amortisasi
= 0,03 x Rp 365.770.876 = Rp 10.973.126 .-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 2.052.812.232 + Rp 10.973.126 = Rp 2.063.785.359
Universitas Sumatera Utara
3.1.4
Biaya Tetap Perawatan Tabel LE.11 Biaya Tetap Perawatan
No.
Komponen
Biaya Awal (Rp)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Bangunan dan Sarana Peralatan Proses dan Utilitas Instrumentasi dan Alat Kontrol Perpipaan Instalasi Listrik Insulasi Inventaris Kantor Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Sarana Transportasi
22.407.500.000 1.117.633.231 304.809.063 812.824.168 203.206.042 254.007.553 50.801.511 20.320.604 3.558.100.000 -
Jumlah ()
Tarif (%) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 -
Biaya Perawatan (Rp) 1.120.375.000 55.881.662 15.240.453 40.641.208 10.160.302 12.700.378 2.540.076 1.016.030 177.905.000 1.436.460.109
Total biaya perawatan (S) = Rp 1.436.460.109.3.1.5
Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 5 dari modal investasi tetap (Peters and Timmerhaus. 2004). Plant Overhead Cost (T) = 0,05 x 31.474.723.048 = Rp 1.573.736.152 .-
3.1.6
Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan
= Rp 53.610.000.-
Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = 4 x Rp 53.610.000 = Rp 214.440.000.3.1.7
Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan
= Rp 53.610.000.-
Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4 x Rp 53.610.000 = Rp 214.440.000.-
Biaya distribusi diperkirakan 12% dari biaya pemasaran. sehingga: Biaya distribusi
= 0,12 x Rp 214.440.000 = Rp 25.732.800.-
maka.
Universitas Sumatera Utara
Biaya pemasaran dan distribusi (V)
= Rp214.440.000+ Rp 25.732.800 = Rp 240.172.800.-
3.1.8
Biaya Laboratorium. Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 35 dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al. 2004) Biaya laboratorium (W) = 0,35 x Rp 1.573.736.152 = Rp 55.080.765
3.1.9 Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Peters and Timmerhaus. 2004). Biaya hak paten dan royalti (X)
= 0,01 x Rp 31.474.723.048 = Rp 314.747.230 .-
3.1.10 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik Biaya asuransi pabrik adalah 0,3% dari modal investasi tetap (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI. 2007). Biaya asuransi pabrik
= 0,003 x Rp 31.474.723.048 = Rp 94.424.169 .-
2. Biaya asuransi karyawan biaya asuransi karyawan 0,3 % dari modal investasi tetap = 0,003 × 31.474.723.048 = Rp 94.424.169 .-
Biaya asuransi karyawan. diperkirakan 1,54 % dari gaji karyawan = 0,0154 x 357.400.000 = Rp 66.047.520 Total biaya asuransi (Y)
= Rp 94.424.169 + Rp 66.047.520 = Rp 160.471.689 .-
3.1.11 Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp 6.225.000 .Total Biaya Tetap (Fixed Cost) = P + Q + R + S + T + U +V + W +
X+ Y
+Z = Rp 13.071.902.611 .3.2
Biaya Variabel
Universitas Sumatera Utara
3.2.1
Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per Tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari; adalah = Rp 423.374.450 .Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah = Rp 1.552.372.985 .-
3.2.2 Biaya Variabel Tambahan Biaya perawatan dan penganan lingkungan Diperkirakan 0.5 dari biaya variabel bahan baku; = 0.005 x Rp 1.552.372.985 = Rp 7.761.865 .Biaya variabel pemasaran dan distribusi Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku; = 0.01 x Rp 1.552.372.985 = Rp 15.523.730 .Total biaya variabel tambahan = Rp 7.761.865 + Rp 15.523.730 = Rp 23.285.595 .-
3.2.3 Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 2.5 dari biaya variabel tambahan = 0.025 x Rp 23.285.595 = Rp 582.140 .Total biaya variabel
= Rp 1.576.240.719 .-
Total biaya produksi = Biaya tetap + Biaya variabel = Rp 13.071.902.611 + Rp Rp 1.576.240.719 = Rp 14.648.143.330 .4
PERKIRAAN LABA / RUGI PERUSAHAAN
4.1
Laba Sebelum Pajak (Bruto)
Laba atas penjualan
= Total penjualan – Total biaya produksi
Universitas Sumatera Utara
= Rp 27.433.875.427 – Rp 14.648.143.330 = Rp 12.785.732.097 .Bonus perusahaan untuk karyawan 0.5% dari keuntungan perusahaan; Maka.
= 0.005 x Rp 12.785.732.097 = Rp 63.928.660 .-
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No.17 Tahun 2000 Pasal 6 ayat 1 sehingga: Laba sebelum pajak
= Rp 12.785.732.097 – Rp 63.928.660 = Rp 12.721.803.437 .-
4.2 Pajak Penghasilan (PPh) Berdasarkan UU RI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000. Tentang Perubahan Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan yang meliputi:
Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000.- dikenakan pajak sebesar 10%.
Penghasilan Rp 50.000.000.- sampai dengan Rp 100.000.000.- dikenakan pajak sebesar 15%.
Penghasilan di atas Rp 100.000.000.- dikenakan pajak sebesar 30%.
Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah: 10 x Rp 50.000.000
= Rp
5.000.000.-
15 x (Rp 100.000.000 – Rp 50.000.000)
= Rp
7.500.000.-
30 x (Rp 12.721.803.437 – Rp 100.000.000)
= Rp
3.786.541.031 .+
Total PPh
= Rp
3.799.041.031.-
4.3 Laba Setelah Pajak Laba setelah pajak
= Laba sebelum pajak – PPh = Rp 12.721.803.437– Rp Rp 3.799.041.031 = Rp 8.922.762.406 .-
5
ANALISA EKONOMI
5.1
Profit Margin (PM)
Universitas Sumatera Utara
PM
Laba sebelum pajak x 100 % Total penjualan
Rp 12.721.803.437 Rp 27.433.875.427
x 100 %
46.3726 %
5.2
Break Event Point (BEP) Biaya Tetap x 100 % Total Penjualan Biaya Variabel
BEP
Rp12.467.240.926 Rp 24.841.876.118 - Rp 1.610.019.290
x 100 %
= 50,5534% Kapasitas produksi pada titik BEP = 0,5055 x 2.250 ton/tahun = 1137.4506 ton/tahun Nilai penjualan pada titik BEP
= 0,5055 x Rp 27.433.875.427 = Rp 13.868.745.222 .-
5.3
Return on Investment (ROI) Laba setelah pajak x 100 % Total Modal Investasi
ROI
Rp 8.922.762.406 Rp 43.714.509.371
= 5.4
x 100 % = 20,4114 %
Pay Out Time (POT) 1 x 1 tahun ROI
POT
1 x 1 tahun 0,2041
4,8992 tahun = 5 tahun
5.5
Return on Network (RON) RON
Laba setelah pajak x 100 % Modal sendiri Rp 7.515.054.976 Rp 26.228.705.623
x 100 %
Universitas Sumatera Utara
= 34.0191% 5.6
Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan
pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun. Masa pembangunan disebut tahun ke-0 (nol). Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke-10. Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.11. diperoleh nilai IRR = 32,9402 % dan analisa nilai break event point dapat dilihat Table LE-11 TABEL LE.12 Data Perhitungan BEP T Kapasitas Produksi (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Biaya Tetap (Rp) 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611 13.071.902.611
Biaya Biaya Produksi Variabel (Rp) (Rp) 0 13.071.902.611 157.624.072 13.229.526.683 315.248.144 13.387.150.755 472.872.216 13.544.774.827 630.496.288 13.702.398.898 788.120.360 13.860.022.970 945.744.432 14.017.647.042 1.103.368.504 14.175.271.114 1.260.992.576 14.332.895.186 1.418.616.647 14.490.519.258 1.576.240.719 14.648.143.330
Total Penjualan(Rp) 0 2.743.387.543 5.486.775.085 8.230.162.628 10.973.550.171 13.716.937.714 16.460.325.256 19.203.712.799 21.947.100.342 24.690.487.884 27.433.875.427
Universitas Sumatera Utara
